【摘 要】
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与传统的受限于较低功率密度的砷化镓等第二代半导体材料相比,氮化镓作为第三代半导体材料具有更宽的禁带、更快的电子饱和速率和更高的击穿电场,以它为基础设计的微波单片集
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与传统的受限于较低功率密度的砷化镓等第二代半导体材料相比,氮化镓作为第三代半导体材料具有更宽的禁带、更快的电子饱和速率和更高的击穿电场,以它为基础设计的微波单片集成电路(MMIC)具有工作电压高、输出功率大、效率高、频带宽、损耗低、体积小和抗辐照能力强等特点,因此GaN MMIC成为国内外众多科研机构研究的热点。本文即采用100nm GaN工艺,设计了一款可工作于Ku波段的GaN MMIC功率放大器。本文首先分析讨论了微波单片集成电路在材料和技术方面的发展历程,MMIC工艺和一些常用的无源器件,MMIC功率放大器基本理论等三方面内容,然后对功放研制过程中的设计流程、晶体管尺寸选择、方案设计、各模块电路的设计原理以及相应原理图与版图的设计方法等内容进行了详细阐述。本设计采用3级平衡式放大器电路拓扑结构,经ADS Momentum Microwave仿真,在14-16GHz频段范围内,在VDS=12V,VGS=-1V,输入功率Pin=17dBm的条件下,功率放大器满足绝对稳定的充要条件,小信号增益S21>26dB,带内增益平坦度<1dB,输入电压驻波比<1.5,功率附加效率PAE>31%,饱和输出功率Pout>39dBm,在中心频点处PAE可达37%,输出功率达到40dBm,芯片尺寸为3.4×2.3mm2。
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