一种基于0.15μm GaAs pHEMT工艺的Ka波段功率放大器设计

李海华; 王魁松; 赵巾翔; 梁晓新; 阎跃鹏

一种基于0.15μm GaAs pHEMT工艺的Ka波段功率放大器设计

李海华^{1, 2},
王魁松¹,
赵巾翔^{1, 2},
梁晓新^1, ,,
阎跃鹏¹

详细信息

作者简介:
李海华  男, (1995-), 硕士研究生.研究方向为微波/毫米波集成电路设计

王魁松  男, (1989-), 硕士, 助理研究员.研究方向为微波/毫米波集成电路设计

赵巾翔  男, (1995-), 硕士研究生.研究方向为微波/毫米波集成电路设计

阎跃鹏  男, (1963-), 博士, "百人计划"研究员.研究方向为低功耗物联网传输芯片、无线感知、微波MMIC&RF芯片、北斗导航、陀螺与姿态以及多类传感器芯片与微系统

通讯作者:
梁晓新(通讯作者) 女, (1978-), 博士, 研究员.研究方向为微波毫米波集成电路设计.E-mail:liangxiaoxin@ime.ac.cn

中图分类号: TN722.75
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出版历程
- 收稿日期: 2020-04-20
- 修回日期: 2020-05-09

A design of Ka-band power amplifier based on 0.15μm GaAs pHEMT process

摘要

摘要:
基于0.15μm GaAs pHEMT工艺设计了一款Ka波段AB类功率放大器.该功率放大器对匹配网络中的通孔电容设计进行改进.将改进式通孔电容运用于功合器设计中.此项改进使输出级功合器的插入损耗改善了0.8~3dB, 提高了功率合成效率.测试结果显示, 此功率放大器在33-37GHz工作频率内, 实现了31±1dB的小信号增益, 饱和输出功率大于31.18dBm, 功率附加效率(PAE)大于21.7%.
- 功率放大器 /
- 砷化镓 /
- Ka波段 /
- 匹配网络 /
- 功率合成器
Abstract:
A Ka band AB class power amplifier (PA) is designed based on 0.15μm GaAs pHEMT process. The layout of via capacitor in matching network is proposed and applied into the design of power combiner of output stage. This improvement reduced the insertion loss of power combiner of 0.8~3dB and proposed the power combining efficiency. The test results show that, within the working frequency from 33 to 37GHz, the PA realizes a small signal gain of 31±1dB, saturated output power of more than 31.18dBm and PAE of more than 21.7%.
- power amplifier /
- GaAs /
- Ka band /
- matching newtwork /
- power combiner

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图 1 Ka波段功率放大器原理图

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图 2 改进对比图

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图 3 双线匹配网络模型

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图 4 双匹配网络模型插入损耗以及耦合电容拟合结果

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图 5 改进对比图

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图 6 三种功合器插入损耗仿真结果对比

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图 7 (a) 功率放大器芯片照片(b)测试模块照片

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图 8 功放小信号测试结果与仿真结果

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图 9 功放饱和输出功率与饱和PAE

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表 1 15 μm GaAs pHEMT工艺下功率放大器对比

	本文	文献[6]	文献[7]	文献[8]
频率/GHz	33~37	28~30.5	28	36~40
VD/V	3.7	6.4	6	6
S₂₁/dB	31±1	23.5	22	17
输入/输出回波损耗/dB	-7/-10	-10/-20	-10/-12	N/A
饱和输出功率	>31.2	38.1	28	33
PAE	23.5%	18%	25%	20%
面积/mm²	9.8	14.28	5.1	11.8

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参考文献(8)

[1]	HOSSEINZADEH N, MEDI A. Wideband 5 W Ka-band GaAs power amplifier[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2016, 26(8): 622-624. DOI: 10.1109/LMWC.2016.2587834.
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