Ka波段单片高功率放大器设计

摘要

本论文介绍了多种功率放大器制造工艺。SiGe主要特点是与CMOS工艺兼容、拥有硅工艺的高集成度、低成本。基于 GaAs材料的赝晶高电子迁移速率晶体管是当前GaAs工艺发展主流。GaN材料由于其禁带宽度宽，使得GaN结合SiC的高电子迁移率晶体管在高频率、大功率、低噪声性能方面。InP材料比GaAs材料具有更高的电子迁移速率，但InP材料易碎，难以实现大规模生产。
　　功率放大器的方案需要考虑输出功率、增益、效率等指标。详细分析了二进制与非二进制功率合成网络的特点，阐述相位和幅度不一致对合成网络的影响，提出了如何提高二进制功率合成网络的效率的方案。最终本论文采用功率合成与多级功率放大器方案设计并制作了一款应Ka波段功率放大器单片。
　　本论文介绍了低损耗功率合成技术在功率放大器中的作用，指出了电路设计和版图设计过程中，遇到的难点和关键点：第一，无源网络微带线和电容的损耗；其次，晶体管的尺寸优化和最佳负载阻抗；第三，端口之间的功率合成与分配网络各端口直接的隔离；第四，输入和输出阻抗匹配；第五，工艺实现的难易程度。
　　本论文详细介绍了电磁仿真的毫米波功率放大器设计的必要性和重要作用。首先，电流密度、电磁场强度在版图中不同的位置存在差异。第二，功率放大器在饱和区的阻抗与小信号阻抗不一致。第三，微带线、馈电线和衬底损耗都需要通过电磁仿真验证。
　　最后，论文对流片的工艺控制模块和晶圆的测试进行了详细介绍。测试结果满足研制目标：工作频率从36-38GHz频段范围，P1dB输出功率大于35dBm，增益大于18dB，三阶交调在P1dB回退3dB时小于-21dBc，功率附加效率为16％。所有指标基本满足设计要求和应用需要。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 论文结构

第二章 功率放大器概述

2.1 功率放大器

2.2 砷化镓工艺

第三章 功率放大器设计

3.1 功率放大器设计方案

3.2 晶体管尺寸设计技术及产品方案

第四章 电路设计

4.1 低损耗功率合成技术

4.2 阻抗匹配设计技术

4.3 散热设计技术

第五章 电磁仿真与测试

5.1 电磁仿真技术

5.2 版图电磁仿真

5.2 流片测试

第六章 结论和展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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