X波段60 W高功率高效率功率放大器設計
電子技術應用
徐舒，豆興昆，方志明，譚小媛
中國電子科技集團公司第五十八研究所
摘要： 基于0.25 μm柵長的GaN HEMT工藝，設計了一款8~12 GHz 60 W高功率放大器。該芯片的末級輸出端功率合成網絡在Bus-bar總線型的基礎上添加并聯LC到地枝節，達到優化各路平衡度的目的，在實現高功率輸出的同時使芯片整體結構緊湊且易于匹配。采用輸入端二次諧波阻抗匹配技術，在不影響輸出功率的前提下提升高頻效率。輸出級匹配結構采用兩段串電感并電容匹配的方式，將輸出級阻抗匹配至目標阻抗的同時實現較低的匹配損耗。在脈寬100 μs、占空比10%測試條件下，該放大器飽和輸出功率在8~12 GHz范圍內大于48 dBm，效率大于35%，功率增益為23 dB。芯片尺寸為3.97 mm×5 mm。
中圖分類號：TN454 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256307
中文引用格式： 徐舒，豆興昆，方志明，等. X波段60 W高功率高效率功率放大器設計[J]. 電子技術應用，2025，51(8)：93-97.
英文引用格式： Xu Shu，Dou Xingkun，Fang Zhiming，et al. Design of X-band 60 W high power and high efficiency power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：93-97.
中文引用格式： 徐舒，豆興昆，方志明，等. X波段60 W高功率高效率功率放大器設計[J]. 電子技術應用，2025，51(8)：93-97.
英文引用格式： Xu Shu，Dou Xingkun，Fang Zhiming，et al. Design of X-band 60 W high power and high efficiency power amplifier[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(8)：93-97.
Design of X-band 60 W high power and high efficiency power amplifier
Xu Shu，Dou Xingkun，Fang Zhiming，Tan Xiaoyuan
58th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation
Abstract： An 8~12 GHz 60 W high power amplifier is proposed in this paper based on the 0.25 μm GaN HEMT. The output power synthesis network adds parallel LC to the ground branchesbased on the Bus-bar synthesis network to optimize the balance of each pipe core, which makes the overall structure of the chip is compact and easy to match. The input second harmonic impedance matching technology is adopted to improve the high frequency band without affecting the output power. The output stage matching structure adopts two-stage series inductance and capacitance matching, which matches the output stage impedance to the target impedance and achieves low matching loss. Under the test conditions of 100 μs pulse width and 10% duty cycle, the saturation output power of the amplifier is greater than 48 dBm in the 8~12 GHz frequency band, the efficiency is greater than 35%, the power gain is 23 dB, and the chip size is 3.97 mm×5 mm.
Key words : power amplifier；GaN；high power；input second harmonic match；multiplex synthesis
引言
隨著電子通信技術的發展，高功率高效率放大器作為射頻前端系統的關鍵模塊，廣泛應用于衛星通信及雷達等系統，其輸出功率及效率特性決定了整個系統的性能。GaN功率放大器因有較高功率密度，更高的輸出功率、工作帶寬及可靠性而被廣泛使用[1-4]。Dani等人[5] 2014年使用引入輸出端二次諧波匹配枝節的方式設計了一款X波段GaN功放。該放大器在引入二次諧波匹配枝節后，在10.5 GHz頻段處的效率從48.5%提升至70%。然而采用輸出端二次諧波調諧的方式對輸出功率有較大損失，并且工作頻帶受限。2020年，Kamioka等人使用0.15 μm柵長的GaN工藝，設計了一款輸出功率達60 W的功率放大器，頻段覆蓋8.5~10 GHz，效率達50%[6]，然而功率增益過低，僅為11 dB，芯片尺寸較大。本文基于0.25 μm GaN工藝設計了一款8~12 GHz高功率高效率放大器，該放大器采用輸入二次諧波調諧技術，在保證輸出功率的前提下，實現X波段工作頻帶內功率附加效率的提升，在8~12 GHz范圍內達到60 W飽和輸出功率和38%效率。輸出級功率合成網絡在Bus-bar合成網絡的基礎上添加并聯LC到地枝節優化各路平衡度，同時使芯片整體結構緊湊且易于匹配，最終芯片面積僅為3.97 mm×5 mm。
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作者信息：
徐舒，豆興昆，方志明，譚小媛
（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214072）
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