X波段60 W高功率高效率功率放大器设计

引言

随着电子通信技术的发展，高功率高效率放大器作为射频前端系统的关键模块，广泛应用于卫星通信及雷达等系统，其输出功率及效率特性决定了整个系统的性能。GaN功率放大器因有较高功率密度，更高的输出功率、工作带宽及可靠性而被广泛使用[1-4]。Dani等人[5] 2014年使用引入输出端二次谐波匹配枝节的方式设计了一款X波段GaN功放。该放大器在引入二次谐波匹配枝节后，在10.5 GHz频段处的效率从48.5%提升至70%。然而采用输出端二次谐波调谐的方式对输出功率有较大损失，并且工作频带受限。2020年，Kamioka等人使用0.15 μm栅长的GaN工艺，设计了一款输出功率达60 W的功率放大器，频段覆盖8.5~10 GHz，效率达50%[6]，然而功率增益过低，仅为11 dB，芯片尺寸较大。本文基于0.25 μm GaN工艺设计了一款8~12 GHz高功率高效率放大器，该放大器采用输入二次谐波调谐技术，在保证输出功率的前提下，实现X波段工作频带内功率附加效率的提升，在8~12 GHz范围内达到60 W饱和输出功率和38%效率。输出级功率合成网络在Bus-bar合成网络的基础上添加并联LC到地枝节优化各路平衡度，同时使芯片整体结构紧凑且易于匹配，最终芯片面积仅为3.97 mm×5 mm。

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作者信息：

徐舒，豆兴昆，方志明，谭小媛

（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214072）