【摘 要】
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GaN基射频功率放大器作为5G通信的基站应用不可或缺的一部分,其重要性不言而喻。随着通信标准的完善,数据吞吐量提升,信息传输速率逐渐加快,功率放大器的市场需求倾向于宽频带、大回退、高效率等,而不再局限于单一模式的峰值功率放大。本文立足于此,对5G主流频段进行宽带功率放大器研究与设计,放大器实物制作与测试验证。本文的主要工作重点和创新内容如下:（1）提出一种改进型的接地共面波导（CPWG）设计方法,
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划重大项目（2020B010171001）； 广东省科技计划重大项目（2017B010112003）； 广州市科技计划重大项目（201905010001,201604046021）； 中山市科技发展专项资金项目（2019AG014,2019AG042,2020AG023）；
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GaN基射频功率放大器作为5G通信的基站应用不可或缺的一部分,其重要性不言而喻。随着通信标准的完善,数据吞吐量提升,信息传输速率逐渐加快,功率放大器的市场需求倾向于宽频带、大回退、高效率等,而不再局限于单一模式的峰值功率放大。本文立足于此,对5G主流频段进行宽带功率放大器研究与设计,放大器实物制作与测试验证。本文的主要工作重点和创新内容如下:（1）提出一种改进型的接地共面波导（CPWG）设计方法,与传统微带线技术不同,该方法通过控制信号导带对地耦合的距离来减少电路中的表面波泄露和辐射损耗,以获得更高的增益和功率特性。为了进一步扩展工作带宽,输入输出匹配均采用阶跃式阻抗匹配,并牵引使其阻抗位于高效率、高输出功率阻抗空间。为了验证方法的正确性,设计并实现了一款S波段的功放,测试得到在3.2-3.8 GHz时,增益为14.5-17.5 dB,漏极效率为51.08%-61.17%。与类似性能接近的Ga N功放相比,本文的工作在增益方面有约2-3dB的明显提升,且平衡了宽带宽与高效率的指标,保证了41dBm以上的输出功率,十分适用于5G基站领域。（2）提出一种适用于宽带Doherty功率放大器（DPA）的多模综合匹配网络（MIMN）设计方法,MIMN能够代替四分之一波长线的阻抗逆变作用,且同时实现谐波控制与基波匹配的功能。与传统DPA相比,能够平衡宽带宽与高效率之间的矛盾。基于此,设计并制造一款应用于3.2-3.8 GHz的Doherty功率放大器,测试得到的饱和效率为62.6-69.9%,6dB回退效率为47.3-61.1%,带内输出功率为43.05-43.63 dBm。相较于不采用MIMN的DPA,二次谐波的抑制度提高了-11.2～-41.4 dBc,三次谐波的抑制度最大提高-10.7 dBc。与现有技术相比,5G主流频段的带宽达600 MHz,饱和漏极效率的下限平均提高10%,回退效率平均提高6%,输出功率增加1-2 dB。
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