S波段GaN微波高功率放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、本文的主要工作是為S波段(3.1GHz-3.5 GHz)國(guó)產(chǎn)雷達(dá)的發(fā)射機(jī)部分設(shè)計(jì)合適的固態(tài)電路功率放大器。要求典型工作電壓為32V，在共源級(jí)AB類狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)功率放大。固態(tài)器件采用了GaN HEMT高電子遷移率芯片，該器件具有高工作電壓、高輸出功率、頻帶寬、損耗小、效率高、體積小等特點(diǎn)。芯片封裝采用了金屬-陶瓷非密封管殼，具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能與熱穩(wěn)定性能。通過(guò)內(nèi)匹配與外匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)等將輸入輸出阻抗匹配到50歐姆，在寬頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好

2、的輸出功率和增益特性。
　　本研究首先設(shè)計(jì)了從芯片到封裝的內(nèi)匹配電路。由于所選擇的GaN HEMT器件的輸入阻抗和輸出阻抗都比較小，需要在封裝管殼內(nèi)對(duì)輸入、輸出端引入內(nèi)匹配網(wǎng)絡(luò)，從而把器件阻抗提高到5到10歐姆，以利于外匹配電路的設(shè)計(jì)。在ADS軟件中對(duì)芯片進(jìn)行了直流仿真和負(fù)載牽引仿真，在HFSS軟件中對(duì)鍵合線等進(jìn)行了高頻性能仿真，然后完成了內(nèi)匹配電路的設(shè)計(jì)。對(duì)設(shè)計(jì)并封裝好的實(shí)驗(yàn)器件進(jìn)行了負(fù)載牽引測(cè)試，測(cè)試結(jié)果和實(shí)驗(yàn)仿真吻合。其次，

3、根據(jù)對(duì)封裝好的晶體管進(jìn)行負(fù)載牽引測(cè)試的結(jié)果，設(shè)計(jì)了放大器外匹配電路。利用分布式參數(shù)元件和共軛匹配，將放大器輸入阻抗和輸出阻抗匹配到50歐姆。最后，為改善小信號(hào)S參數(shù)測(cè)量和大信號(hào)負(fù)載牽引測(cè)量精度，設(shè)計(jì)了一套能滿足TRL標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試夾具，并對(duì)加工完成的實(shí)驗(yàn)演示板進(jìn)行了小信號(hào)和大信號(hào)調(diào)試。最終測(cè)試結(jié)果表明，在整個(gè)S波段頻帶范圍內(nèi)，本文設(shè)計(jì)的功率放大器，小信號(hào)增益超過(guò)10.5dB，輸入回波損耗和輸出回波損耗都在-10dB以下，飽和輸出功率超過(guò)88