S波段高效E类GaN HEMT功率放大器设计

为了解决E类功率放大器最大工作频率(f max )受晶体管输出电容限制的问题,提出了一种新型的E类功率放大器输出匹配电路结构.该结构能够同时实现对晶体管在基波和谐波下的过剩输出电容进行补偿,一方面提升了E类功率放大器在高频工作时的效率,另一方面也降低了电路的复杂度和实现难度.利用所提出的方法,采用GaN HEMT器件,设计并实现了工作在2.5 GHz的E类功率放大器.测试结果表明,其最大功率附加效率(PAE)达到80%,饱和输出功率为40.1 dBm.     

基于GaN器件的平衡式逆F类功率放大器的研究与设计

针对功率放大器效率低和输入输出端反射损耗较大的缺陷,采用平衡式结构研究了工作于2.6 GHz的逆F类功率放大器,并基于GaN器件CGH40010F设计该放大器验证电路。根据功放管输出寄生参数的等效网络,将负载阻抗转换到封装参考面上,在输出匹配电路中对二、三次谐波进行抑制处理。并且考虑栅源寄生电容对输入信号的影响,在输入拓扑结构中加入二次谐波抑制电路,进一步提高了放大器的效率。同时,在栅漏极偏置电路中,采用扇形微带线代替短路电容,使电路结构更为紧凑。经仿真优化,采用Rogers4350b板材制作该功放电路板。实测表明,饱和输出功率为42.32 dBm,最大漏极效率为77.91%,最大功率附加效率(power added efficiency, PAE)达到72.16%,输入输出驻波系数(voltage standing wave ratio, VSWR)均小于2。实测结果与仿真数据基本吻合,验证了设计方法的可行性。     

基于谐波抑制与补偿线技术的非对称Doherty功放设计

为了提高WiMAX信号下doherty功率放大器（doherty power amplifier,DPA）回退点的效率,提出一种基于谐波抑制和补偿线技术的非对称doherty功放（asymmetric doherty power amplifiers,ADPA）结构。该结构在传统ADPA结构的基础上,首先对主功放（carrier）和辅功放（peak）输出匹配电路加入2次、3次谐波电路进行匹配设计,减少晶体管漏极电压电流的重合;然后通过添加补偿线（offset line）的方式,改变carrier和peak的功率分配比,使得整体电路获得更高的效率和输出功率。基于上述谐波抑制和补偿线理论,设计了一款工作在3.4 GHz~3.6 GHz,增益约为13 dB的ADPA。实测结果表明,当饱和输出功率达到48.75 dBm,功率回退9.5 dB时,功率附加效率（power added efficiency,PAE）达到41.8%,5 MHz偏移量的相邻信道功率比（adjacent channel power ratio,ACPR）优于-35 dBc,10 MHz偏移量的ACPR优于-48 dBc。满足WiMAX基站对功放线性度和效率的要求。     

GaN HEMT高效功率放大器电路温度特性研究

研究了GaN HEMT开关功率放大器的交流电流和微波性能随温度的变化.研究结果表明,GaN HEMT的高温退化将导致开关功放工作电流及小信号增益(S_(21))随温度升高逐渐下降,其中GaN HEMT的电压与电容特性的温度变化和膝点电压的高温退化将影响开关功放输出阻抗匹配.在120℃时,开关功放大信号状态下的交流电流退化更明显;同时由于高温退化所导致的阻抗失配,功放的S_(21)增益和输出功率会进一步下降.     

8.9 GHz高效高增益E类功率放大器设计

为了减小功率放大器(power amplifier,PA)的功率损耗,提高功率放大器的增益与工作效率,本文提出一种将两级放大和反馈结构相结合的具有高效率高增益的E类功率放大器,并利用Cadence软件对功率放大器进行分析及仿真验证。仿真结果表明,在180nm CMOS工艺情况下,当电源电压为3.6V,电路频率为8.9GHz时,本文E类功率放大器的输出功率为23.5dBm,增益为24dB,功率附加效率(power added efficiency,PAE)为21%。与传统的PA相比,本文E类功率放大器在增益和功率附加效率方面均得到了提高,适用于通信、电子测量等系统。     

基于宽禁带功率器件的F类放大器的研究与设计

F类射频功率放大器作为开关模式放大器的一种,其理想效率为100%。传统F类功率放大器的设计方法是利用输出端谐波抑制,在晶体管的漏极得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率。文章通过研究电路的结构,在F类功率放大器的输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络,能够更有效提高输出功率和功率附加效率;结合宽禁带功率器件,在S波段完成一款电路的设计,在3.45~3.55GHz频带内,输入激励为28dBm条件下,测试得到最大PAE能够达到78.3%,输出功率40.5dBm,实验结果和仿真结果基本吻合。     

输入端谐波抑制S波段高效率F类功率放大器的研究

传统的F类功率放大器设计方法是对其输出端进行谐波抑制,在输出端得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号,以此提高放大器效率.新型高效率F类功率放大器在输入端加入谐波抑制电路,同时利用输入和输出谐波抑制匹配网络能够有效提高输出功率和功率附加效率;在S波段完成一款电路的设计并进行测试,在电路设计中采用新的负载牵引、源牵引仿真方法,实验结果和仿真结果非常吻合.在输入激励为28dBm条件下,测试结果表明,最大PAE能够达到75.4%,输出功率40.3dBm.     

一种带增益修正的音频功率放大器芯片

设计了一种应用于汽车音响的AB类BTL(bridge-tied load)音频功率放大器芯片.该功率放大器加入了一种新颖的增益修正结构使两输出端口增益匹配,可有效地抑制线性失真.仿真结果表明:在14.4 V或18V的电源电压下驱动4Ω负载,满摆幅输出功率可分别达到25 W和40 W以上;1 kHz频率下输出功率18 W时,输出效率达到35%,总谐波失真为0.4%,具有较高的效率和较低的失真度.     

磁耦合无线电能传输系统前端功率放大器设计

功率放大器是磁耦合无线电能传输系统的前端功率输入设备,对于无线电能传输系统的高效稳定运行起到至关重要的作用.本文给出了功率放大器的基本拓扑、匹配网络和整体电路设计方法,使其达到较高的传输效率.采用ADS软件对功率放大器性能进行分析,结果表明,设计的功率放大器在8.5 MHz中心频率上,当输入信号为29 d Bm时能够获得的最大功率为18.928 W,效率为89.516%.     

GaN组合开关电路及其驱动技术研究

基于氮化镓的高电子迁移率场效应晶体管(GaN HEMT)具有电子迁移率高、耐高温和极低的寄生电容等诸多特点而成为开关变换器领域关注的焦点。限于目前的制造工艺,基于氮化镓材料的MOS开关器件更容易做成耗尽型,针对耗尽型GaN HEMT器件的负电压关断特性,结合其应用于开关变换器的上电短路问题,提出一种GaN HEMT器件与增强型MOSFET的组合开关电路,可实现对耗尽型GaN HEMT器件的开、关控制及可靠关断,但其关断速度不够快。为此,提出一种快速关断GaN HEMT器件的驱动电路,并得到了进一步提高GaN HEMT器件开关速度的改进电路,可实现对耗尽型GaN HEMT器件快速可靠关断。实例及实验结果验证了所提出电路的可行性。     

输入端谐波抑制的高效E类宽禁带功率放大器

文章提出对E类功率放大器进行谐波抑制的改进设计方法,有效利用输入端信号功率,从而提高功放的功率附加效率;分析了E类功率放大器的工作原理,结合新型宽禁带功率器件利用ADS软件进行了电路仿真设计,并对实际放大器电路进行了实际测试。结果表明,对输入端谐波抑制的改进可以使功率放大器在1.1～1.3GHz频段内输出功率保持在10W以上,功率附加效率达到了79.6%,比改进前E类功率放大器的效率有了明显的提高。     

基于双阻抗匹配的宽带Doherty功率放大器设计

为了满足采用高峰均比调制信号的未来无线通信系统中功率放大器高效和宽带的设计需求,研究了一种改进的宽带Doherty功率放大器设计方法.为了实现Doherty在功率回退和饱和输出时的阻抗变换,提出了一种双阻抗匹配网络设计方法来仿真设计主路和辅路输出匹配网络,从而简化了负载调制网络,展宽了带宽.实现并测试了一个2.30~2.80 GHz宽带Doherty功率放大器(DPA),对所提出方法的有效性进行了验证.结果表明:所设计的宽带DPA在工作带宽内增益波动小于2 d B,饱和功率大于43.5 d Bm,饱和时的峰值效率为66%~71%,6 d B回退时的效率为48%~59%,可满足未来无线通信系统中对高峰均比调制信号高效率放大的要求.     

适用于天线失配修正的自适应匹配网络(英文)

在无线信号传输链路中,功率放大器是最耗能的器件之一,无论是在正常工作模式下还是在天线失配的情况下,功率放大器的效率一直是设计的重要考量.特别在天线失配的情况下,呈现在功率放大器输出端不断变化的失配天线负载情况将会使功率放大器的效率严重恶化.对适用于天线失配修正的基于可变电容构建的自适应匹配网络进行了可行性分析,重点对基于LC谐振腔所设计的Π型匹配网络从功率增益、史密斯圆图覆盖率和可变电容有效调谐范围几个方面进行了性能优化.分析表明,在自适应匹配网络的帮助下,全角度变化VSWR=10表征的天线失配情况可以被修正到所需的理想负载匹配情况(ΓLstage=0),以保证功率放大器工作在高效模式下,由此功率放大器获得了明显的效率提升和线性度改善.     

0.5μm栅长HfO_2栅介质的GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管

为了抑制GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅极漏电,提出了一种0.5μm栅长的GaN金属氧化物半导体(MOS)高电子迁移率晶体管结构。该结构采用势垒层部分挖槽,并用高介电常数绝缘栅介质的金属氧化物半导体栅结构替代传统GaN HEMT中的肖特基栅。基于此结构制备出一种GaN MOSHEMT器件,势垒层总厚度为20nm,挖槽深度为15nm,栅介质采用高介电常数的HfO_2,器件栅长为0.5μm。对器件电流电压特性和射频特性的测试结果表明:所制备的GaN MOSHEMT器件最大电流线密度达到0.9 A/mm,开态源漏击穿电压达到75 V;与GaN HEMT器件相比,其栅极电流被大大压制,正向栅压摆幅可提高10倍以上,并达到与同栅长GaN HEMT相当的射频特性。     

基于Multisim14的窄带高频功率放大器仿真研究

采用Multisim14仿真软件对窄带高频功率放大器进行设计与仿真,讨论了其外部参数对电路的工作状态的影响,设计了馈电电路和滤波匹配网络。仿真结果表明:发射极串接50Ω小电阻可以很好的改善集电极脉冲电流顶部凹陷形状。通过网络分析仪设计的匹配网络能够很好的实现匹配,最终设计的窄带高频功率放大器输出功率高达1W,功率增益达到24d B。     

短沟道AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的Ⅰ-Ⅴ特性研究

考虑栅电压、漏电压和沟长调制效应影响下,在长沟道高电子迁移率晶体管(HEMT)的Ⅰ-Ⅴ输出特性基础上,引入有效迁移率和有效沟道长度,推导了短沟道AlGaN/GaN HEMT的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)输出特性模型.通过比较栅长为105nm时模型计算结果与实际器件的输出特性,表明推导的短沟道AlGaN/GaN HEMT的Ⅰ-Ⅴ模型与实验结果基本相符,误差小于5%.     

GaN基高电子迁移率晶体管研究进展

由于氮化镓(GaN)材料具有禁带宽度大、击穿电场强、饱和电子漂移速度高等优异的物理特性,GaN基功率电子器件逐渐取代硅基电子器件在高温、高压与高频等领域的应用。目前,由GaN及其合金材料制备的高电子迁移率晶体管(HEMT)是电力电子、无线通信和雷达等领域的核心器件。除此之外,利用GaN基HEMT可制备高灵敏度的检测器件,在生物和光电检测领域的应用也越来越广泛。但是,尽管GaN基HEMT的性能正不断取得突破,该器件的规模化应用仍受到电学可靠性问题的限制,本文重点阐述了GaN基HEMT的研究进展以及存在的电学可靠性问题。     

高效功率放大器温度可靠性研究

该文研究了Ga N HEMT开关类功率放大器的直流特性和功率传输特性随温度变化的现象.本文基于Ga N HEMT设计了开关E类功率放大器,并通过加速寿命试验的方法研究了该功率放大器的直流和交流温度特性.研究表明由于Ga N HEMT的高温退化特性使得所设计的开关E类功率放大器的工作电流、小信号增益及最大输出功率等随温度升高均有降低.     

B类功率放大器的设计与仿真

设计了一种具有较高输出功率和较高功率效率的B类功率放大器,采用了负载牵引和源牵引的设计方法得出最大输出功率对应的最优负载阻抗和源阻抗,并运用阻抗匹配技术分别实现负载阻抗和源阻抗到50Ω的匹配电路设计.仿真结果表明,工作频率为960 MHz下该功率放大器的功率附加效率为69.39%,输出功率为45.32 d Bm.     

应用于WLAN的高效率F类功率放大器

为了提高在高速率信号传输下无线通讯发射系统中功率放大器的工作效率,提出了一种结构新颖的高效率F类功率放大器.通过计算机仿真与实验板调试相结合的方法确定了放大器的最佳漏极阻抗,根据F类放大器漏极电压和漏极电流是相位差为λ/4的方波和半正弦波的特性,通过仿真软件设计和优化,设计出的谐波滤波网络在输出谐波频点有良好的滤波性能.为了降低栅源电容对输入信号造成的失真,在输入端口加入短截线,提高了放大器的漏极效率.通过测试,功率放大器工作在2.4GHz时,在2dB增益压缩点的功率附加效率为67%,输出功率为30dBm.测试结果表明,该高效率功率放大器适合应用于WLAN无线通讯发射系统.