第３２卷第３期 ２０１３年９月 通 信 对 抗 Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．３ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ Ｓｅｐ．２０１３ 一种宽带ＧａＮ功率放大器设计 郑焘，徐晓俊 （中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴３１４０３３） 摘要：介绍了Ｉ￣３ＧＨｚ频段宽带功率放大器的设计，讨论了ＧａＮ功率管的优势以及宽带匹配电路的仿 真与设计。基于负载牵引测试数据，使用ＡＤＳ软件进行电路仿真和实际电路设计。最后对设计的宽带 ＧａＮ功率放大器电路进行了测试。测试结果表明，设计的放大器在Ｉ￣３ＧＨｚ频带内输出功率大于４０Ｗ， 增益大于１０ｄＢ，效率大于４０％。 关键词：ＧａＮ功率管；阻抗匹配；负载牵引；ＤＳ仿真 Ａ中图分类号：ＴＮ７２２．７５ 文献标识码：Ａ Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＧａＮ－ｂａｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ＺＨＥＮＧ Ｔａｏ，ＸＵ Ｘｉａｏ－ｊｌｌｎ （Ｎｏ．３６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣＥＴＣ，Ｊｉａｘｉｎｇ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１４０３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｐｏｗｅｒ ａｍｐｈｆｉｅｒ ｆｏｒ Ｉ￣３ＧＨｚ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ａｄｖａｎ— ｔａｇｅ ｏｆ ＧａＮ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍａｔｃｈ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｌｏａｄ—ｐｕｌｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｍａｔｃｈ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｓｔｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｉｎ ＤＡＳ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏａｄ—ｐｕｌｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｉｓｔ ａｂｏｖｅ ４０ Ｗａｔｔｓ，ｐｏｗｅｒ ｇａｉｎ ｉｓ ａｂｏｖｅ １０ｄＢ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ｉｓ ａｂｏｖｅ ４０％ｉｎ １—３ ＧＨｚ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧａＮ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ｌｏａｄ～ｐｕＨ；ＡＤＳ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． １ 引言 功率放大器作为通信系统的重要组成部分，其输 出功率的大小、工作效率的高低、单机体积的大小，对 整个系统都有重要的影响。随着科学技术的不断发展， 各种新的通信方式层出不穷，对通信系统的指标要求 也越来越严苛，特别是在各种军用通信系统中，系统需 １５Ｖ）、抗干扰能力不够强，对功率放大器最终性能指标 的提高产生了一定程度上的制约。因此，需要选择新型 的功率器件来提高单机性能，满足系统要求。本文选用 了一款新型ＧａＮ功率器件，为其设计宽带匹配电路，使 其在１ ３ＧＨｚ的工作频带内输出功率大于４０ｗ，增益大 于１０ｄＢ，效率大于４０％。 要功率放大器具有更高的输出功率、更好的温度稳定 性和越来越高的工作频率。作为功率放大器核心部分 ２功放模块设计 ２．１ 功率器件选择 的功率器件，对功率放大器的最终性能指标有着决定 性的影响，而传统使用的ＧａＡｓ（ＧａＡｓ）功率器件由于其 自身的特点：热导率较低、击穿电压不高（多不超过＋ 作为一种新型的半导体材料，ＧａＮ以其优良的物理 化学特性和电特性成为制造短波长光电子器件、高温 收稿日期：２０１３—０６—２７ ・４６・ 通 信 对 抗 第３２卷 ２．２．４ 功放模块实物 将印制板电装完成后放人盒体，实物如图８所示。 考虑到ＧａＮ功率管栅极电压需要负压，而且必须先与 漏极电压加载，错误的加电顺序会引起功率管损坏，因 此，必须加入加电时序保护电路。最简单的方法就是选 用一个Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ来检测栅极负压是否顺利加载 到功放管栅极，如果顺利加载，则通过驱动一个Ｐ沟道 ＭＯＳＦＥＴ导通来使漏极电压加载到功率管漏极；反之，Ｐ 沟道ＭＯＳＦＥＴ处于截止状态，漏极电压无法顺利加载 到功率管上，起到保护功率管的作用。 图８射频电路实物图 ３测试结果 萋薹２ ：０：＝．０ 匿一三二三二 ｉ ８．０ 牵引系统的帮助下，可以看到最终的测试结果与ＡＤＳ 仿真结果一致性较高，使用负载牵引系统可以很好地提 高仿真结果的准确性，对宽带功率放大器电路的设计起 到了极大地帮助。 与传统的采用ＧａＡｓ ＦＥＴ功率器件设计的同频段类 似功率等级的功放模块相比，采用ＧａＮ ＨＥＭＴ功率器 件设计的功放电路无论从增益、效率、体积和重量上都 有着巨大的优势，具体对比数据见表２。 表２ ＧａＮ和ＧａＡｓ功放模块指标对比 可以预见，随着技术的进步，会有越来越多的新型 ＧａＮ功率器件面世，相对传统ＧａＡｓ器件的优势也会越来 越明显，ＧａＮ功率器件的应用范围将会越来越广。 参考文献 ［１】 Ｍｉｓｈｒａ Ｕ Ｋ，Ｓｈｅｎ Ｌｉｋｕｎ，Ｋａｚｉｏｒ Ｔ Ｅ，ｅｔ ａ１．ＧａＮ—ｂａｓｅｄ Ｒ．Ｆ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ＡｍｐｌｉｉｆｅｒｓⅡ】．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｔｈｅ ＩＥＥＥ，２００８，９６（２）：２８７—３０５． ［２】赵正平．发展中的ＧａＮ微电子（二）卟中国电子科学研究 院学报，２０１１，６（４）：３５３—３５７． 【３】刘红，王小峰．微波网络及其应用［Ｍ］．成都：电子科技大 学出版社。１９９７． 【４ Ｊ Ｄｅｎｇ Ｐｕ—Ｈｕａ，Ｌａｉ Ｍｉｎｇ—Ｉｕ，Ｊｅｎｇ Ｓｈｙｈ—Ｋａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｄｅ～ ｓｉｇｎ ｏｆＭａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｔｒｉｐｌｅｘｅｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｔｅｐｐｅｄ—ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ０１．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，２００６，５４（１ ２）： ４ｌ８５－４１９２． 【５】ＬｕｄｗｉｇＲ，Ｂｒｅｔｃｈｋｏ Ｐ．射频电路设计——理论与应用 【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００２． ［６】Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｌｏａｄ ａｎｄ Ｓｏｕｒｃｅ Ｐｕｌｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ ５Ｃ０４１【Ｍ】．Ｏｎｔａｒｉｏ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ：ｍａｕｒｙｍｗ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，１９９９． 作者简介 郑 焘（１９８１－），男，工程师，从事功放技术研究工作。 徐晓俊（１９８２一），女，硕士，工程师，从事功放技术研究工作。