[发明专利]一种基于GaN的X波段功率放大器

说明书

技术领域

 本发明属于电力电子应用技术领域，尤其涉及一种基于GaN的X波段功率放大器。

背景技术

高电子迁移率晶体管（HEMT）是近几年功率器件的研究热点，其工作原理类似于MESFET。HEMT使用了一个纵向的结构，使用了多层不同的材料层，选择不同的材料形成器件的导通沟道，使沟道中的电子与施主原子在空间上分离。降低了离子杂质的散射，提高了电子迁移率。通过材料掺杂与各层材料之间的物理化学性质，在源漏极之间形成一个电子浓度较高的窄沟道，从而制作出高输出电流的器件。当前，实现HEMT的结构有赝同晶GaAs HEMT，即在AlGaAs/GaAs间加上一层InGaAs，使得沟道电子迁移率增加，提高了输出电流，降低了输出电导；双异质结HEMT，在器件沟道层下引入一层掺杂层，使沟道产生双层片状的载流子浓度，对于一个给定的器件，漏极电流会成倍的增长，并且降低了器件的接入电阻，也降低了驱动器件达到饱和的漏极电压。

目前，虽然可用于MMIC的材料较多，如GaAs、InP、GaN、SiGe等，但研究发现，GaN材料有着比目前已经广泛使用的GaAs更好的特点。GaN半导体材料具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、热导率高、击穿电压高、抗腐蚀、抗辐射及其特有的自发和压电极化效应产生的高电子迁移率，使得GaN器件可以在高频、高压下输出很高的功率，在制作高频、高效、高温、高压、大功率微波器件方面有着很好的前景。特别符合下一代电子装备对微波功率器件大功率、高频率、小体积和恶劣环境下工作的要求。因此基于GaN材料的功率器件和电路是目前全世界半导体研究的前沿和热点。以美国和日本为代表的国家都加快了10GHz以上亚毫米波和毫米波GaN HEMT功率器件研制的步伐，GaN基HEMT器件在C波段、X波段已经产品化，较高频率的器件在实验室研究也有了较大的突破。

放大器的稳定性，是放大器设计中需要考虑的非常重要的因素，它一般取决于晶体管的S参数和置端条件。二端口网络中，当输入或输出端口出现负阻时，就可能发生振荡，须对器件采取稳定措施，阻抗匹配是使微波电路或系统无反射、载行波或尽量接近行波状态的技术措施，在微波功率放大器的设计中占有十分重要的地位，它制约着放大器的驻波比、功率增益、输出功率、功率附加效率等特性。同时不仅匹配网络的基波反射系数影响功率放大器的性能，匹配网络的谐波反射系数对电路的性能也有很大的影响，尤其是在饱和输出功率和功率附加效率上。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种基于GaN的X波段功率放大器，本发明的功率放大器具有成本低，用负载牵引法和输入端共轭匹配，解决了晶体管端口出现负阻的问题，该功率放大器工作稳定，带宽 3.6GHz～8.0GHz，最高增益 11.04dB，最大输出功率 33dBm，最大 PAE 达到 29.2％，电压驻波比较小。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种基于GaN的X波段功率放大器，其特征在于，包括MIN电容、滤波电容、薄膜电阻、稳定电阻、螺旋电感、微带传输线、T型接头、GaN基HEMT组成；所述的信号输入端（RFIN）通过第一MIN电容（C1）、微带传输线（W）、T型接头（T）与GaN基HEMT（H）的输入端（1）相连；所述的第一螺旋电感（L1）接在第一MIN电容（C1）与地之间；所述的门极控制信号端（Vgs）通过第零稳定电阻（R0）、微带传输线（W）、T型接头（T）与GaN基HEMT的输入端（1）相连，所述的第二滤波电容（C2）接在门极控制信号端（Vgs）与地之间；所述的第四MIN电容（C4）接在GaN基HEMT（H）的输入端（1）与输出端（2）之间，所述的第一薄膜电阻（R1）与第五MIN电容（C5）串联，第四MIN电容（C4）与该串联电路并联；所述的第三MIN电容（C3）接在GaN基HEMT（H）的输入端（1）与接地端（3）之间；所述的第六MIN电容（C6）接在GaN基HEMT（H）的输出端（2）与接地端（3）之间；所述的GaN基HEMT（H）的输出端（2）通过T型接头（T）、微带传输线（W）、第八MIN电容（C8）与信号输出端（RFOUT）相连；所述的第二螺旋电感（L2）接在第八MIN电容（C8）与地之间；所述的漏极控制端（Vds）通过微带传输线（W）、T型接头（T）与GaN基HEMT的输出端（2）相连，所述的第七滤波电容（C7）接在漏极控制端（Vds）与地之间。