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超寬帶,高功率,高效率的GaN放大器

發(fā)布時間:2018-05-21 09:26:54     瀏覽:2459

寬帶、高功率、高效率的放大器是先進通信系統(tǒng)中的關鍵元素,如用于消防員、警察和海軍的搜救軟件無線電。實現(xiàn)寬帶放大的傳統(tǒng)技術是使用移動波方法1、2或設計寬帶匹配電路,將設備輸入和輸出阻抗轉換為50歐姆3。如果大功率器件輸出阻抗與50歐姆相差很大,則后者的輸出匹配電路具有較大的尺寸,以及高頻損耗。這種高射頻損耗嚴重降低了放大器的輸出功率和效率。


本文提出了一種新的方法,為寬帶放大器設計增加了一個新的維度。除了使用電路匹配技術外,我們還將設備輸出阻抗調整為接近50歐姆。該方法使輸出阻抗匹配電路相對簡單、損耗小,從而產(chǎn)生了高輸出功率和高功率效率的寬帶性能。



為了達到100-3000 MHz的100 W輸出功率,我們可以將4個、2個階段的GaN MMIC電源組合在一起,每個MMIC的輸出功率為30 W,比期望的頻帶增加23分貝。
圖中顯示了這個30 W MMIC PA的布局。
第一階段的設備尺寸是2 mm,分成兩個1毫米的路徑。
第二階段的設備由4、2x1.12毫米的HEMT組成。
這個2x1.12毫米的設備將2個1。12毫米的單元格設備連接在一起,包括直流和RF。
我們稱這個配置為HIFET 4,5,6,7。
這個HIFET的直流偏置電壓和射頻輸出阻抗都是1。12毫米單元格的兩倍。
通過對單元單元格設備大小和單元單元設備數(shù)量的合理選擇,可以優(yōu)化HIFET最優(yōu)輸出阻抗接近50歐姆,從而實現(xiàn)寬帶性能。
圖2a和2b分別顯示了第一階段和第二階段的輸入和輸出阻抗。
請注意,0。5 GHz的第二階段最優(yōu)輸出負載阻抗相當接近50歐姆。
這一結果支持低射頻損耗寬帶匹配,這對于實現(xiàn)高輸出功率和效率的寬帶寬是很重要的。
這個50歐姆的最優(yōu)輸出阻抗是通過對單元單元設備大小和設備數(shù)量的正確選擇來實現(xiàn)的。
因為第二階段有2個單元單元,直流偏置電壓是第2級的60V。


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