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C波段GaN基PA MMIC的研制的开题报告
一、选题背景
随着通信技术和无线电技术的快速发展，无线通信网络的覆盖范围和传输速率都在逐步提高。
作为无线通信系统的重要部件，功率放大器（PA）在无线通信系统中发挥着至关重要的作用。
高效、高功率、高线性度的功率放大器对于现代无线通信系统的正常运行有着重要的作用。
而GaN基PA MMIC作为一种高性能功率放大器，其性能优异，晶体管峰值功率密度高，在高频、高功率、高温条件下具有优异的性能指标。
二、研究内容
本文选取C波段GaN基PA MMIC作为研究对象，主要研究内容包括：
1. C波段GaN基PA MMIC的基本原理和工作特点分析。
2. 设计C波段GaN基PA MMIC的电路模型，优化电路参数，使得其性能达到最优状态。
3. 基于该电路模型，设计并制作出C波段GaN基PA MMIC芯片。
4. 对制作出的芯片进行测试，优化设计参数，使得C波段GaN基PA MMIC的性能指标符合实际使用要求。
三、研究意义
本次研究旨在深入了解GaN基PA MMIC的原理及特点，探究其在C 波段的应用，同时对C波段GaN基PA MMIC的设计、制作和优化进行研究。
研究成果可在未来的高速、高频、高功率无线通信系统中得到广泛的应用，为无线通信领域的发展做出更大的贡献。
mmic解决方案
《MMIC解决方案：开发高性能微波集成电路的关键技术》
微波集成电路（MMIC）是一种用于射频和微波电路的集成电路。
它可以提供高性能、低功耗和紧凑的解决方案，广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。
在MMIC设计过程中，需要考虑到高频、高速和高精度的要求，这就需要具备一定的技术实力和专业知识。
而《MMIC解决方案：开发高性能微波集成电路的关键技术》这本书提供了一些关键的技术和解决方案，帮助开发人员应对这些挑战。
首先，这本书介绍了高性能微波集成电路的基本原理和概念，包括射频功率放大器、混频器、振荡器等。
其次，它讨论了一些常见的设计技巧和工程经验，包括滤波器设计、布局与封装、功率分配网络设计等。
此外，这本书还介绍了一些高性能微波集成电路的设计工具和仿真软件，例如ADS、AWR等。
通过这些工具，开发人员可
以更好地设计和验证自己的电路方案，提高工作效率和设计精度。
总的来说，这本《MMIC解决方案：开发高性能微波集成电路的关键技术》是一本对于MMIC设计者来说非常有用的参考书，它提供了一些关键的技术和解决方案，帮助他们更好地解决各种设计中的难题，提高工作效率和设计精度。
GaN HEMT非线性模型研究及MMIC电路设计GaN HEMT非线性模型研究及MMIC电路设计随着无线通信技术的快速发展，对高频器件的需求日益增加。
GaN HEMT（Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor）因其出色的高频特性，成为了高功率射频应用中的热门选择。
然而，GaN HEMT器件的非线性特性对其在射频电路设计中的应用带来了一些挑战。
针对这一问题，本文将进行GaN HEMT非线性模型的研究，并结合MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit）电路设计的相关内容，探讨如何应对这些挑战。
首先，我们来了解一下GaN HEMT器件的基本工作原理。
GaN HEMT是一种结构类似于传统HEMT的半导体器件，但是使用了氮化镓材料。
由于氮化镓材料的物理特性，GaN HEMT具有更高的载流子迁移率和更高的饱和漂移速度，从而具有更好的高频特性。
然而，由于器件的非线性特性，会产生非线性失真，影响系统性能。
在研究非线性模型之前，我们需要了解GaN HEMT器件的基本参数。
GaN HEMT器件可以通过转移特性（transfer characteristics）来描述不同的工作区域，包括饱和（saturation）、线性和截止（cutoff）区域。
此外，我们还需要了解器件的盖源电容（gate-source capacitance）和漏源电容（drain-source capacitance），这些参数对于射频电路的设计有着重要的影响。
非线性模型研究是解决GaN HEMT器件非线性特性的关键。
常用的非线性模型包括Hammerstein模型、Volterra级数模型和傅里叶级数模型等。
这些模型可以在不同的频率范围内准确地描述器件的非线性行为。
通过对这些非线性模型进行研究和分析，我们可以更好地理解GaN HEMT器件的性能，并提供指导MMIC电路设计的依据。
一种V波段高效率5W GaN功率放大器MMIC
高哲;范一萌;万悦
【期刊名称】《半导体技术》
【年(卷),期】2024(49)4
【摘要】基于0.13μm SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,设计了一款V波段GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。
该功率放大器MMIC采用三级放大拓扑结构以满足增益需求;使用高低阻抗微带传输线进行阻抗匹配,通过威尔金森功分器/合成器完成功率放大器的末端功率合成;通过对晶体管宽长比的设计与多胞晶体管的合成,实现了功率放大器的高功率稳定工作和高效率输出。
经过测试,在59~61 GHz频率范围内,在占空比为20%、脉宽为100μs时,该功率放大器MMIC的饱和输出功率达到37 dBm以上,功率附加效率(PAE)大于21.1%,功率增益大于17 dB;连续波测试条件下输出功率大于36.8 dBm, PAE大于21%。
该设计在输出功率和PAE上具有一定的优势。
【总页数】5页(P360-364)
【作者】高哲;范一萌;万悦
【作者单位】中国电子科技集团公司第十三研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN722.75;TN43
【相关文献】
1.一种L波段高效率阵列应用GaN功率放大器
2.微波宽带高效率GaN MMIC功率放大器设计
3.W波段5W GaN四路合成功率放大器MMIC
4.Ku波段GaN大功率高效率功率放大器MMIC
5.一种C波段E类GaN MMIC功率放大器设计
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分类号密级UDC注1学位论文线性化高效率功率放大器关键技术研究（题名和副题名）佘宇琛（作者姓名）注1The Key Technology of High Linearity and High Efficiency Power AmplifierA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of China Discipline: Master of Engineering Author: She Yuchen Supervisor: Xie XiaoqiangSchool: School of Electronic Engineering摘要摘要效率和线性度是微波功率放大器的一对重要的指标，但往往很难实现两者兼得，对此，公认的方法是将功放的效率设计的尽可能大而几乎不考虑其线性度，并且在输入端，用一个附加的预失真电路来提高其输出的线性度。
传统的预失真技术是用混合集成电路的形式实现的，由于混合集成电路自身的缺陷，在一些应用中，模拟预失真技术很难发挥效果。
微波单片集成电路（MMIC）具有体积小，重量轻，成本低等优点，对于预失真电路，可以很好的代替其混合集成的形式，本文探讨关于将模拟预失真技术移植到MMIC上，进一步发挥模拟预失真技术的潜质，本文主要研究内容如下：基于0.15μm GaAs pHEMT工艺，探究预失真器的MMIC设计方法，设计出一种新型的pHEMT平衡式预失真器，工作在30GHz，可提供6~8dB幅度扩张和30~40度相位压缩，具有2GHz带宽，驻波特性良好。
用同样的工艺，在3.5×2.18mm2的芯片上设计了一款线性化驱动集成模块，具体的电路单元包括上述的平衡式预失真器，两款多级驱动放大器，和一款pHEMT压控衰减器。
两款驱动放大器的增益分别为17dB和26dB，压控衰减器的功率增益范围在-25dB~-14dB。
西安电子科技大学硕士学位论文GaN基HEMT MMIC关键技术的研究——微波功率放大器的分析与设计姓名：林锡贵申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：郝跃20060101第二二章有源器什和无源器什传输线。
它可用光刻程序制作，且容易与其它无源微波电路和有源微波器件集成，实现微波部件和系统的集成化。
微带线是在金属化厚度为ｈ的介质基片的一面制作宽度为ｗ，厚度为ｔ的导体带，另一面作接地金属平板而构成的。
如图２—２（ａ）所示，图２—２（ｂ）表示其场结构。
由于导体带上面是空气，导体带下面是介质基片，所以大部分场都分布在介质基片内，且集中在导体带与接地板之间。
微带线中传播的是准ＴＥＭ模，引入有效介电常数为ｓ，的均匀介质代替微带线的混合介质。
巨媾藤越剿ｉｉ（ａ）慑两残端碉伪）减币簸助辐稠幽２．２微带线对于零厚度导体带的微带线的特征阻抗和有效介电常数计算公式如下：绷㈦时，Ｚｏ２詈ｌｎ（和２５鲁）（２－１）铲孚＋孚昭＋警一”＋ｏ㈣”翱ｃｚ—ｚ，翔他＞ｌ吼ｚ。
２警＋丽丽丽而赢丽丽（２＿３）铲竽＋字（－＋移…２（２＿ａ）在Ｏ．０５＜ｗ／ｈ＜２０，ｓ，＜ｉ６的范围内，上式的精度优于ｌ％。
对于导体带厚度ｔ不为Ｏ的可等效为导体带宽度加宽为、Ｋ，修币公式为（ｔ＜ｈ，ｔ＜Ｗ／２）当∥凰圭时，肇：要＋圭（１＋ｌｎ华）（２—５）２７ｒ矗矗砌、ｆ’当矿／向≥三时，肇：孚＋÷（１＋ｌｎ丝）（２—６）２万＾＾砌、ｆ’微带线电路的设计通常是给定Ｚ。
和ｓ，，要求计算出导体带宽度Ｗ，计算公式如下：当㈨≤２时，鲁＝是（２－７）当矿／向≥２时，要：三【Ｂ一１一ｌｎ（２口一１）＋三￡旦（１ｎ（曰一１）＋ｏ．３９一旦里）】（２—８）ｎ靠ｚ￡．￡第一二章有源器什和无源器｛，Ｉ：件方便及电路密度高等优点。
同时它具有椭圆极化磁场，利用这个特点可以制造非互易器件。
幽２—５共面波导ＣＰｗ共面波导的特征阻抗和有效介电常数的计算公式如下：ｚ。
第４１卷第５期２０１８年１０月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ ４１㊀Ｎｏ ５Ｏｃｔ.２０１８收稿日期:２０１７－０９－１３㊀㊀修改日期:２０１７－１１－１１ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅＫｕ￣ＢａｎｄＧａＮＭＭＩＣＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒＳＵＮＪｉａｑｉｎｇꎬＺＨＥＮＧＷｅｉｂｉｎꎬＱＩＡＮＦｅｎｇ∗(ＮａｎｊｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００９６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈａｔｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｓｏｕｒｃｅｉｍｐｅｄａｎｃｅｉｓｃｒｉｔｉｃａｌｔｏｄｅｖｉｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｄｅｖｉｃｅｏｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓｐｒｏｖｅｄｂｙｔｅｓｔｉｎｇꎬａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｓｉｎｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｏｆｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｗａｖｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｉｇｎｏｒｅｄ.ＡＫｕ￣ｂａｎｄ１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒＭＭＩＣｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｔｉｌｉｚｉｎｇ０.２５μｍｇａｌｌｉｕｍｎｉｔｒｉｄｅＨＥＭＴｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｄｄｉｎｇｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｔｕｎｅｄ.Ｉｎｔｈｅｌａｔｅｒｓｔａｇｅꎬｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃｈｉｐａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｏｆｔｈｅｓｈｅｌｌａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｌａｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ.ＴｈｅＭＭＩＣｈａｓｂｅｅｎｄｅｓｉｇｎｅｄｕｓｉｎｇａｔｗｏ￣ｓｔａｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｐｏｗｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｔａｇｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｏｗｅｒａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ａｎｄｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｔｕｎｅｄｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｓｔａｇｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｌｏｓｓｍａｔｃｈｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｕｓｅｄｉｎｂｏｔｈｉｎｐｕｔａｎｄｍｉｄｄｌｅｓｔａｇｅｆｏｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ａｔ１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚꎬｔｈｅＭＭＩＣｓｈｏｗｓａｎｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆ３５ｄＢｍꎬｐｏｗｅｒｇａｉｎ１４ｄＢ~１５ｄＢａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒａｄｄｅｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ４０％.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＧａＮＭＭＩＣꎻＫｕ￣ｂａｎｄꎻｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇꎻｌｏａｄｐｕｌｌꎻｈａｒｍｏｎｉｃＥＥＡＣＣ:１２２０㊀㊀㊀㊀ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－９４９０.２０１８.０５.０１２ＫＵ波段ＧａＮＭＭＩＣ功率放大器的研究孙嘉庆ꎬ郑惟彬ꎬ钱㊀峰∗(南京电子器件研究所ꎬ南京２１００９６)摘㊀要:测试验证了谐波的源端阻抗对于器件的性能以及输出特性有很大的影响ꎬ所以基波匹配中不能忽视谐波的影响ꎮ基于此研制了一款采用０.２５μｍ工艺ＧａＮ功率ＭＭＩＣ１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚ放大器芯片ꎬ源端加入了谐波控制的部分ꎮ后期通过管壳测试以及后仿真分析功放的性能ꎬ提出一些改进芯片的方法ꎮ芯片采用二级放大的结构ꎮ末级匹配电路采用功率匹配ꎬ兼顾功率和效率ꎻ级间考虑二次谐波的匹配ꎬ进一步提高效率ꎮ输入和级间均采用有耗匹配ꎬ提高稳定性ꎮ芯片在１２ＧＨｚ~１７ＧＨｚ范围内漏压２８Ｖꎬ输出功率３５ｄＢｍꎬ功率增益１４ｄＢ~１５ｄＢꎬ最大功率附加效率大于４０％ꎮ关键词:ＧａＮＭＭＩＣꎻＫｕ波段ꎻ阻抗匹配ꎻ负载牵引ꎻ谐波中图分类号:ＴＮ７２２.７５㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００５－９４９０(２０１８)０５－１１４１－０４㊀㊀ＭＭＩＣ功率放大器虽然成本较高ꎬ但是由于其体积小㊁高增益㊁高效率以及良好的一致性可以广泛量产并应用在航天雷达等领域中[１－２]ꎮ同时ꎬ相比于ＧａＡｓꎬＧａＮ材料由于具有更大的禁带宽度㊁更高的热导率和击穿场强ꎬ在大功率应用中具有很大的潜力ꎬ因此ＧａＮＭＭＩＣ功率放大器近年来已经成为研究热点ꎮ射频功率放大器作为收发信机主要耗能模块ꎬ其工作效率的提高存在重要的意义ꎬ因此同时覆盖多个频带的高效率射频功率放大器成为研究的热门ꎮ尤其Ｋｕ波段在卫星通信领域存在着很大优势ꎬ相比于Ｃ波段的地面干扰很小ꎬ频率高ꎬ一般在１２.５ＧＨｚ~１８ＧＨｚ之间ꎬ不易受微波辐射干扰ꎬ大大地降低了对接收环境的要求ꎮ本文综合考虑ＧａＮＭＭＩＣ的优势ꎬ利用阻抗匹配的原理来实现功放的设计ꎬ同时加入了二次谐波调制的部分ꎬ用来进一步提高效率[３－６]ꎮ后期分别测试了芯片的效率和功率ꎬ根据测试的性能ꎬ静态电流ꎬ与实际仿真的结果ꎬ以及管芯的小信号和负载牵引(ｌｏａｄ￣ｐｕｌｌ)结果进行对比ꎬ综合考虑如何进一步改进芯片ꎮ１㊀电路设计测试实验证明ꎬ基波的源阻抗牵引(Ｓｏｕｒｃｅｐｕｌｌ)阻抗点对于基波负载牵引(Ｌｏａｄｐｕｌｌ)的最佳功率或者最佳效率阻抗点的位置没有太多影响ꎬ几乎没有改变ꎮ相反ꎬ源端的二次谐波阻抗对于输出端二次谐波阻抗最佳功率效率点的位置影响很大ꎬ最大效率相差电㊀子㊀器㊀件第４１卷１０％ꎬ而且这种差距不能由基波的阻抗匹配来补偿[７]ꎮ分析得出这主要是因为二次谐波的非线性ꎬ其非线性主要来源于两个部分:其一是由于栅源正向导通引起的截断现象ꎬ即电流饱和现象ꎻ其二是由于晶体管内部寄生参数ꎬ如Ｃｇｓꎬ引起的非线性[８－９]ꎮ说明输入端二次谐波的匹配对于效率的提升极为重要ꎮ基于现有的仪器和设备ꎬ使用Ｓｏｕｒｃｅ/Ｌｏａｄｐｕｌｌ测试台对管芯进行大信号测试ꎬ找到基波和谐波的最大功率效率点或者区域ꎻ同时利用小信号测得管芯的Ｓ参数ꎬ根据跨导最高点位置选择偏置选择漏压２８Ｖꎬ栅压－２.４Ｖꎮ首先测试基波的的最佳输入输出阻抗点ꎬ使其他谐波阻抗在５０Ω处ꎮ为了满足最大增益ꎬ需要不断改变基波源端阻抗ꎬ来测试漏端最佳阻抗点ꎬ最终确定最佳阻抗点ꎮ然后将漏极最佳阻抗点固定ꎬ用ｓｏｕｒｃｅｐｕｌｌ测试源端二次谐波阻抗点ꎬ使管芯输出最大效率ꎬ并确定其值ꎮ如图１和图２所示ꎮ图１㊀输出端基波阻抗图２㊀１２ＧＨｚ下输入端二次谐波阻抗分析得到的源端二次谐波阻抗点ꎬ发现其大多停留在靠近短路点的地方ꎬ如图３所示ꎮ电路设计考虑使用二级功放ꎬ从末级匹配开始一直匹配到第１级ꎮ末级管芯６ˑ９５ꎬ前级管芯４ˑ６０ꎮ由于没有管芯大信号模型ꎬ所以匹配设计采用Ｌｏａｄｐｕｌｌ配合小信号匹配ꎮ输入级采用小信号匹配的方法ꎬ即基于Ｓ参数测试匹配来获得更大的增益ꎻ末前级和末级选择Ｌｏａｄｐｕｌｌ匹配[１０]ꎮ首先是末前级ꎬ由前一级Ｌｏａｄｐｕｌｌ的最佳效率点匹配到末级管芯的小信号位置ꎬ同时将二次谐波阻抗匹配到末级输入二次谐波阻抗位置ꎬ由于基于Ｓｏｕｒｃｅｐｕｌｌ技术验证管芯的二次谐波阻抗大多位于Ｓｉｍｉｔｈ原图短路点附近ꎬ为了方便和减小匹配复杂度ꎬ在末级的输入匹配中引入一个ＬＣ网络ꎬ使其谐振在二次谐波处ꎬ实现二次谐波短路[１４－１５]ꎮ输入端ＬＣ网络如图４㊁图５所示ꎮ图６㊀电路仿真原理图利用ＡＤＳ仿真软件进行设计和仿真ꎬ整版仿真图如下ꎬ由于没有晶体管大信号模型ꎬ所以仿真结果只有小信号增益ꎬ驻波及稳定性等结果如图６~图８所示ꎮ图３㊀输入端二次谐波阻抗区域图４㊀输入二次谐波插损图５㊀级间二次谐波一端口Ｓ参数２４１１第５期孙嘉庆ꎬ郑惟彬等:ＫＵ波段ＧａＮＭＭＩＣ功率放大器的研究㊀㊀图７㊀小信号增益图８㊀输入驻波２㊀加工测试与结果分析将芯片在工艺线流片加工ꎬ得到的芯片照片如图９所示ꎮ图９㊀加工芯片版图末前级管芯的源端加入了二次谐波控制的部分ꎮ测试信号周期１ｍｓꎬ占空比１０％实际测试的功率和效率如图１０㊁图１１所示ꎮ图１０㊀初始测试输出功率测试得到低端更容易推饱和ꎬ但是功率增益比较低ꎬ需要注入到２４ｄＢｍꎮ通过后仿真Ｌｏａｄｐｕｌｌ测试得到输出匹配低端阻抗距离目标阻抗较近ꎬ高端有一定偏差ꎮ所以需要做后期调试同时分析级间和输入匹配ꎮ图１１㊀初始测试附加效率３㊀基于测试结果的分析和改进根据测试结果ꎬ首先是小信号ꎬ实测增益相比于仿真下降ꎬ特别是曲线有凹坑的部分ꎬ下降比较明显ꎬ驻波和仿真相似ꎮ大信号饱和状态下效率较低ꎮ刨除管壳的影响ꎬ分析测试过程发现ꎬ芯片存在栅流ꎬ漏极电流较大ꎬ这在实际的芯片设计中不应该存在ꎮ检查芯片发现栅级拓扑存在到地电感的结构ꎬ如图１２中１部分ꎬ虽然栅极加电有电阻ꎬ且栅电压很小ꎬ但是由于存在这种结构导致栅流出现会使加在晶体管栅极的电压降低ꎬ所以导致前级管芯静态工作点改变ꎬ前级管芯栅电压变小ꎬ从而导致漏电流增大ꎬ导致效率降低ꎮ并且由于静态工作点变化使前级管芯效率功率点偏移ꎬ所以同时也可能存在前级推不动后级的现象出现ꎬ导致功率增益下降ꎬ效率变低ꎮ图１２㊀加工芯片版图由于短路到地的微带线比较长ꎬ并且存在于输入级ꎬ所以对匹配的影响不是很大ꎬ故利用ＦＩＢ仪器对短路线进行切割ꎬ排除掉栅流对功率效率的影响ꎮ分析发现排除掉栅流对芯片的影响较大ꎮ特别是从芯片Ｌｏａｄｐｕｌｌ数据得到ꎬ效率较低的原因还包括输出级匹配的偏差和级间匹配的偏差ꎬ实际匹配的阻抗都是没有落在晶体管最佳阻抗点的区域ꎬ如图１３所示ꎮ所以第２步又对级间和输出级进行了调丝改进ꎬ使实际匹配的阻抗向最佳阻抗位置靠近ꎮ如图１２中２㊁３部分ꎮ改进后测试结果如图１４㊁图１５所示ꎮ３４１１电㊀子㊀器㊀件第４１卷图１３㊀实际阻抗和最佳阻抗位置图１４㊀调试修改后的输出功率图１５㊀调试修改后附加效率可以看出功率增益提高到１５ｄＢꎬ附加效率整体提高接近１０％ꎬ最低点提高到接近３０％ꎮ分析多组数据对比发现相比较之下低端效率更高ꎬ而高端效率相对比较低ꎬ除了末级匹配的因素ꎬ另一部分来源于源端二次谐波控制部分的高Ｑ值导致带宽很低ꎬ起作用的部分有限ꎮ而且在越高频ꎬ其谐波的作用越小ꎮ４㊀结论首先通过测试验证了源端做谐波匹配对效率的提升有作用ꎮ并且在功放设计中加入了二次谐波控制的结构ꎬ旨在提高放大器的效率ꎮ整个频带内ꎬ效率最高点大于４０％ꎮ但是由于谐波控制部分只能在较窄的频带内起作用ꎬ无法在宽带内实现ꎮ所以在功放设计中可以将谐波引入到效率较低的频带或者进一步优化拓扑谐波结构以实现整个频带内的高效率ꎮ参考文献:[１]㊀ＷａｎｕｍＭＶꎬＨｅｋＡＰＤꎬＶｌｉｅｔＦＥＶ.ＧａＮＣ￣ＢａｎｄＨＰＡｆｏｒＰｈａｓｅｄ￣ＡｒｒａｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｃ]//ＣｏｍｐｏｕｎｄＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＩｎｔｅ￣ｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＳｙｍｐｏｓｉｕｍ.ＩＥＥＥꎬ２０１３:１－４.[２]ＣａｒｄｕｌｌｏＭꎬＰａｇｅＣꎬＴｅｅｔｅｒＤꎬｅｔａｌ.ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＸ￣ＫｕＢａｎｄＭＭＩＣＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓ[Ｃ]//ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔꎬ１９９６.ＩＥＥＥＭＴＴ￣ＳＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ.ＩＥＥＥꎬ１９９６:１４５－１４８ｖｏｌ.１. [３]ＹｕＸꎬＳｕｎＨꎬＸｕＹꎬｅｔａｌ.Ｃ￣Ｂａｎｄ６０ＷＧａＮＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒＭＭＩＣＤｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈＨａｒｍｏｎｉｃＴｕｎｅｄＡｐｐｒｏａｃｈ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１５ꎬ５２(３):２１９－２２１.[４]ＡｌｅｘａｎｄｅｒＡꎬＬｅｃｋｅｙＪ.Ａ１２０ＷａｔｔＧａＮＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒＭＭＩＣＵｔｉｌｉｚｉｎｇＨａｒｍｏｎｉｃＴｕｎｉｎｇＣｉｒｃｕｉｔｓｆｏｒＳ￣ＢａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｃ]//ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍ.ＩＥＥＥꎬ２０１５:１－３.[５]ＧａｏＳꎬＢｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈＰꎬＳａｍｂｅｌｌＡꎬｅｔａｌ.ＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｌａｓｓ￣ＦａｎｄＩｎ￣ｖｅｒｓｅＣｌａｓｓ￣ＦＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓＤｅｓｉｇｎｓｕｓｉｎｇＧａＮＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＧａＡｓｐＨＥＭＴ[Ｃ]//ＥｕｒｏｐｅａｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓＣｏｎ￣ｆｅｒｅｎｃｅꎬ２００６.ＴｈｅＩＥＥＥꎬ２００７:１７１９－１７２２.[６]ＷｕＹＴꎬＢｏｕｍａｉｚａＳ.１０ＷｇａＮＩｎｖｅｒｓｅＣｌａｓｓＦＰＡｗｉｔｈＩｎｐｕｔ/ＯｕｔｐｕｔＨａｒｍｏｎｉｃＴｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｆｏｒＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＷｉＭＡＸＴｒａｎｓ￣ｍｉｔｔｅｒ[Ｃ]//ＷｉｒｅｌｅｓｓａｎｄＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ２００９.Ｗａｍｉｃｏｎ ０９.ＩＥＥＥ.ＩＥＥＥꎬ２００９:１－４.[７]ＸｕＹꎬＷａｎｇＣꎬＳｕｎＨꎬｅｔａｌ.ＡＳｃａｌａｂｌｅＬａｒｇｅ￣ＳｉｇｎａｌＭｕｌｔｉｈａｒｍｏｎｉｃＭｏｄｅｌｏｆＡｌＧａＮ/ＧａＮＨＥＭＴｓａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＣ￣ＢａｎｄＨｉｇｈＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒＭＭＩＣ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓꎬ２０１７(９９):１－１１.[８]ＣｏｌａｎｔｏｎｉｏＰꎬＧｉａｎｎｉｎｉＦꎬＬｉｍｉｔｉＥ.ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＲＦａｎｄＭｉｃｒｏ￣ｗａｖｅＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓ[Ｍ].２００９.[９]李志群ꎬ王志功.射频集成电路与系统[Ｍ].北京:科学出版社ꎬ２００８.[１０]陶洪琪ꎬ张斌ꎬ余旭明.Ｘ波段６０Ｗ高效率ＧａＮＨＥＭＴ功率ＭＭＩＣ[Ｊ].固体电子学研究与进展ꎬ２０１６ꎬ３６(４):２７０:２７３.孙嘉庆(１９９２－)ꎬ男ꎬ汉族ꎬ甘肃天水人ꎬ２０１５年毕业于东南大学电子科学与工程学院ꎬ现为南京电子器件研究所在读研究生ꎬｂｅｌｌｗｍｚｙ＠１６３.ｃｏｍꎻ钱㊀峰(１９６９－)ꎬ男ꎬ汉族ꎬ江苏南京人ꎬ研究员级高工ꎮ现为中国电子科技集团第五十五研究所副总工程师ꎬ中国电子科技集团高级专家ꎬ主要从事ＧａＡｓ射频㊁微波单片集成电路相关的研制工作ꎬＱｉａｎｆ５５＠１２６.ｃｏｍꎮ４４１１。
X波段GaN MMIC功率放大器研究的开题报告
一、研究背景：
X波段是一种微波频段，具有较高的频率和能量，因此在通信、雷达、卫星通信等领域广泛应用。
现有X波段功率放大器技术多采用氮化
镓(CaN)材料制造，该材料的特点是具有高的电子流速和强的热传导性能，能够实现高功率和高效率的放大器设计。
因此本次研究的目的是基于
GaN材料，研究并设计一种高功率和高效率的X波段功率放大器。
二、研究内容：
1.研究X波段的功率放大器工作原理以及性能指标，包括最大增益、频率响应、线性度、噪声系数等指标。
2.研究GaN材料在X波段功率放大器中的应用，以及与其他材料的
比较分析。
3.设计并模拟X波段GaN MMIC功率放大器，选取合适的电路拓扑
结构、尺寸和线路参数，以实现高功率输出和高效率。
4.测试和分析所设计的X波段GaN MMIC功率放大器的性能指标，
包括频率响应、噪声系数、线性度等指标。
5.根据测试结果对设计进行改进，并进行优化，以提高性能指标。
三、研究意义：
本次研究将有助于深入了解GaN材料在微波功率放大器中的应用，同时也具有一定的工程应用背景。
实现高功率输出和高效率的功率放大
器是未来通信和雷达领域的重要发展方向。
因此，该研究成果具备一定
的市场应用前景和经济价值。
