X-波段GaAs pHEMT单片功率放大器的研究与设计

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）X-波段GaAspHEMT单片功率放大器的研究与设计蔡秋富二○一八年五月类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111503028广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）X-波段GaAspHEMT单片功率放大器的研究与设计蔡秋富指导教师姓名、职称：冯卫锋博士专业或领域名称：信息与通信工程学生所属学院：信息工程学院论文答辩日期：二○一八年五月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfort

2、heDegreeofMaster（MasterofEngineeringScience）ResearchontheX-bandGaAspHEMTMMICPowerAmplifierCandidate:CaiQiufuSupervisor:Dr.FengWeifengMay2018SchoolofInformationEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要在5G通信和物联网

3、高速发展的牵引下，射频微波前端电路和模块的需求急剧增加，微波单片集成电路（MMIC）解决了军用和民用电子设备对微波集成电路与系统提出的高集成度、低功耗、小型化、可靠性高等要求。其中MMIC功率放大器作为射频微波前端发射链路最重要的部件，其性能的好坏直接决定了信号发射的质量。本文针对应用于相控雷达、航海通信和卫星通信X波段的MMIC功率放大器，基于0.5μmAlGaAs/InGaAs/GaAspHEMT工艺设计了一款工作于8~12GHz的宽频带三级功率放大器，对MMIC设计流程和总体设计方案、管芯

4、尺寸的选择、直流偏置技术、匹配网络设计和稳定性改进方法进行了详细阐述，最终实现了系统要求的性能。测试结果表明，所设计功放在8~12GHz频带内，小信号增益大于21dB，增益平坦度小于2dB，输入输出回波损耗小于-10dB，饱和输出功率大于26dBm，最大功率附加效率大于30%。本文还对晶体管的沟道温度进行解析求解和数值分析，根据厂商提供的工艺库信息，使用有限元分析软件ComsolMultiphysics对设计所用的末级管芯的几何模型进行热稳态求解，得到管芯的温度分布数据，仿真结果表明稳态峰值温度

5、达122℃。本文提出的数值分析方法在MMIC设计的可靠性分析中，能够快速有效地对管芯峰值温度进行评估。关键词：单片微波集成电路；X-波段；赝配高电子迁移率晶体管；功率放大器；高效率；温度；热仿真；I广东工业大学硕士学位论文AbstractThehigh-speeddevelopmentof5GtelecommunicationandInternetofThings,callsforthedramaticallyincreaseduseofRFmicrowavefront-endcircuitsa

6、ndmodule.MMICisattractiveforitsabilitytosatisfythehighintegration,lowconsumption,miniaturizationandhighreliabilityrequirementsinthemicrowaveintegratedcircuitsandsystemsofthemilitaryandcivilianelectronicdevices.AMMICpoweramplifierisoneofthemostimporta

7、ntcomponentsinRFmicrowavefront-endtransmittingchain,anditsperformancehasdirectinfluenceonthequalityofsignalemission.InviewoftheMMICpoweramplifierappliedintheX-bandofphasecontrolradar,navigationcommunicationandsatellitecommunication,thispaperpresentsa

8、widebandthree-stagepoweramplifieroperatingin8~12GHzfrequencyrangebasedon0.5μmAlGaAs/InGaAs/GaAspHEMTprocess.TheMMICdesignflowandthewholedesignscheme,theselectionofHEMTsdimension,DCbiastechnique,matchingnetworkdesignandstabilityimprovementstrategiesha