Ku波段基于GaN HMET Doherty功率放大器的研究.pdf

1、本文研究了一款應用于衛(wèi)星通信的Ku波段Doherty功率放大器。功率放大器功耗在整個衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所占比例很大,并且在大信號工作下呈非線性特性,因此,提高功率放大器的效率和改善其線性度一直都是功率放大器設計人員的永恒的課題。Doherty功率放大器采用功率回退來達到線性度的要求,但是在功率回退的過程中,功放效率減少的不是很大,從而在保證線性度的同時達到了較高的效率。
　　論文首先對Doherty功率放大器的設計方法,衛(wèi)星通信頻段,

2、第三代半導體材料GaN進行了調研,歸納總結了國內外Doherty功率放大器的發(fā)展現(xiàn)狀。其次介紹了功率放大器的工作狀態(tài)分類和主要性能指標。其次對設計中所用有源器件TriQuint公司生產的0.25m TGF2023-02 GaN HEMT功放裸管進行等效電路模型參數(shù)提取,并對所建立的模型進行負載牽引仿真(loadpull),得出最優(yōu)負載阻抗,通過與管子datasheet提供的最優(yōu)負載阻抗進行比對發(fā)現(xiàn)兩者較為一致,驗證了模型的準確性。然后對

3、設計中用于連接晶體管管芯的鍵合線和用于連接鍵合線的部分微帶線在HFSS軟件中進行了電磁場仿真和優(yōu)化,得到了鍵合線和部分微帶線準確的無源元件模型仿真數(shù)據,其為后面設計準確穩(wěn)定的匹配電路提供了很大的方便。
　　在以上基礎上設計了兩款基于GaN HEMT的工作頻率都為14~14.5GHz的功率放大器,一個采用Doherty結構,另一個采用平衡式結構,并對Doherty和平衡式結構的兩種功率放大器的仿真結果進行了對比和分析。
　　論

4、文主要使用ADS軟件和HFSS軟件仿真設計了14~14.5GHz的Doherty功率放大器,該功率放大器的整個電路采用兩級級聯(lián)結構,前級為驅動級,后級為功率級,功率級采用Doherty結構。經過對原理圖和版圖的仿真和優(yōu)化,14~14.5GHz的Doherty功率放大器的小信號增益高于19dB,輸入/輸出駐波比小于1.3。在大信號情形下,輸出功率大于12W,功率增益大于15dB,功率附加效率(PAE)高于45％,在功率回退6dB的情況下,

5、該Doherty功率放大器的PAE依然可以達到38%。同樣工作頻帶的平衡式功率放大器在大信號工作模式下,飽和狀態(tài)時的PAE近42%,但功率回退6dB后,PAE降為25.5%。在Ku波段這樣的高頻段,本文設計的 Doherty功率放大器的PAE比平衡式高出12.5個百分點,顯示出了本設計的Doherty功率放大器優(yōu)越的性能。仿真結果表明,設計的Dohery功率放大器實現(xiàn)了預期的指標。
　　在加工測試時,論文先將整個Doherty功率

6、放大器的功率級的主功率放大器加工成實物,并用Altium Designer軟件設計了加電順序保護電路,在實物測試時有效地保護了管子,最后基于主功放電路的尺寸,在確保不產生自諧振頻率的前提下用AutoCAD軟件設計了用于測試功率放大器,并起到電磁屏蔽和散熱效果的屏蔽盒,最后對整個主功放模塊進行了測試,并對仿真和測試結果分析,整個Doherty功放電路可在分析和總結的基礎上進行相應調整,從而能夠確保后續(xù)加工出來的整個Doherty功率放大器