一种3.6–7.4 GHz的GaN MMIC功率放大器，采用混合阻抗选择技术，并结合连续模式和谐波负载牵引方式来实现八倍带宽的输出

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A 3.6–7.4-GHz GaN MMIC Power Amplifier Using Hybrid Impedance Selection With Continuous-Mode and Harmonic Load-Pull for Octave Bandwidth

该研究提出一种全集成八分带宽MMIC功率放大器设计方法，通过混合阻抗选择技术解决连续模式设计中二次谐波与基频重叠问题，采用耦合线匹配网络同时实现基频和谐波阻抗匹配。基于0.25μm GaN HEMT工艺的3.6-7.4GHz放大器实测效率40-54%，在100MHz宽频5G NR 64-QAM信号下，4.0GHz和5.0GHz平均效率分别达27%和25%，峰值输出功率35.5dBm。

　　

摘要：

本文介绍了一种全集成八倍带宽单片微波集成电路（MMIC）功率放大器（PA）的设计理论与实现方法。虽然连续模式PA设计理论为基频和谐波频率提供了广阔的阻抗设计空间，但在八倍带宽应用中存在局限性，因为二次谐波频率与基频发生重叠。为了解决这一问题，我们提出了一种新的设计方法，该方法结合了基于基频连续模式阻抗特性的混合阻抗选择机制以及基于负载牵引技术的二次谐波阻抗选取方法，从而有效应对八倍带宽带来的挑战。此外，本文还引入了基于耦合线的匹配网络，以实现MMIC中的基频和谐波阻抗同时匹配。为了验证该方法的有效性，我们采用0.25微米（μm）GaN HEMT工艺设计了一种工作频率为3.6-7.4 GHz（带宽占比69.1%）的八倍带宽氮化镓（GaN）MMIC PA。实验结果表明，该PA在3.6-7.4 GHz频段内的漏极效率（DE）达到40-54%，峰值输出功率为35.5 dBm。当该PA接收峰值平均功率比为7.0 dB的100 MHz 5G新无线电（NR）64正交幅度调制（64-QAM）信号时，其在4.0 GHz和5.0 GHz频段的平均漏极效率分别为27%和25%。