宽带gan+hemt射频功率放大器的研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文宽带GaNHMET射频功率放大器研究研究生：靳立伟指导教师：程知群教授2012年11月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonwidebandRadioFrequencypoweramplifierusingGaNHEMTCandidate:JinLiweiSupervisor:Prof.ChengZhiqunNovember,2012杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文

2、，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以

3、公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日杭州电子科技大学硕士学位论文摘要本文研究了覆盖C、X、K波段的功率放大器的电路设计。讨论了射频有源无源器件尤其是AlGaN/GaNHEMT器件和共面波导的建模过程，宽带匹配理论方法，并利用功率合成技术设计了13-17GHz和6-18GHz的宽带射频功率放大器。论文首先搜索并查阅了与本课题相关的资料，总结了GaN材料器件的特性与优势。归纳了国内外C-X-Ku波段的射频功率放大器发展现状，并做了论述和总结，了解当前

4、该频段的射频功率放大器的研究现状及未来的发展趋势；其次介绍常见的射频有源器件和无源器件及其等效的电路模型，并利用器件仿真软件TCAD，对AlGaN/GaNHEMT交流特性进行了研究。从势垒层的Al组分和厚度两个参数分析了器件特征频率变化趋势。用TCAD仿真得到的AlGaN/GaNHEMT器件本征S参数，在ADS中添加器件的非本征外参数，得到器件仿真的频率特性。在器件设计的基础上，进行了器件版图设计和流片，并测量了器件频率特性。测试和仿真结果的对比表明两者较为一致。最终得到了高截止频率和最大振荡频率的功率器件；提出了一种基于神经网络技术的共面波导结构(CPW)毫米

5、波可缩放模型，采用3层和4层神经网络结构，根据共面波导的测试结果，用神经网络来学习其物理变量和测试的相应S参数空间映射关系。仿真与测试结果比较表明:基于神经网络方法建立的毫米波共面波导可缩放模型对不同几何参数CPW能够快速和准确地给出对应的CPW的S参数结果；再次简要的介绍了射频功放的理论及其指标要求，阐述本课题研究了目前流行的近十种宽带射频功率放大器的设计方法，并对每种设计方法的优缺点进行了较为详尽的比较与论述；最后仿真并制作出了两款宽频带的射频功率放大器模块，一种工作频率在13-17GHz，另一种工作在6-18GHz；并对其中的13-17GHz的射频功放进行

6、测试，并对仿真和测试结果的不一致性进行了分析和总结；随后介绍了6-18GHz的宽带GaNHEMT射频功率放大器的设计，并给出了版图仿真的结果。论文采用美国TriQuint公司提供的型号为TGF2023-02的GaN裸管，主要使用ADS软件仿真设计了13-17GHz和6-18GHz的宽带射频功率放大器。该放大器采用两级级联结构，前级为驱动级，后级为功率放大级，并且采用功率合成技术，选用Wilkinson用两路进行合成输出功率。两级均工作在AB类，兼顾了线性失真和效率之间的平衡。经过优化仿真和对版图的优化，直流偏置为Vds=28V,Vgs=-3.6V的时候，频带为1

7、3-17GHz的功率放大器在工作频带内的小信号增益为13dB左右，输入输出驻波比小于等于2.5，在15GHz的时候最大输出饱和功率达到了16W，功率附加效率PAE为13.9%；频带为6-18GHz的功率放大器在工作频带内的小信号增益为12dB左右，输入输出驻波比小于等于2.5，输出饱和功率达到了17.46W，功率附加效率PAE为12%-15%。输入输出均匹配到了50欧姆标准阻抗，仿真结果I杭州电子科技大学硕士学位论文表明，设计的宽带射频功率放大器实现了预期的设计指标。关键词：宽带，GaNHEMT，射频功率放大器，神经网络，共面波导，威尔金森功分器II杭州电子科技

8、大学硕士学位论文ABST