2022年GHz新型复合管宽带功率放大器设计方案.docx

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1、精品学习资源封面欢迎下载精品学习资源作者： PanHongliang仅供个人学习512GHz新型复合管宽带功率放大器设计时来源：电子科技作者：程 华，严唯敏，滑育楠，胡善文，高 怀 东南高校欢迎下载精品学习资源摘要 利用一种新型 HBT 复合晶体管结构设计了一款宽带功率放大器，有效抑制了HBT 的大信号Kink 效应；接受微波仿真软件 AWR 对电路结构进行了优化和仿真，结果显示，在512 GHz 频带内，复合晶体管结构的输出阻抗值更稳固，带宽得到有效扩展，最高增益达到 11 dB，带内波动 0 5dB ，在 9 GHz 工作频率时，其 1 dB 压缩点处的输出功率为 26 dBm ；关键词

2、宽带匹配； Kink 效应； GaAs HBT ；复合晶体管随着宽带无线通信系统的不断进展，对高灵敏 度、大动态范畴、高效率的宽带放大器的需求也越来 越大，从某种意义上讲，宽带放大器性能的好坏直接 准备着微波系统性能的优劣；然而在宽带放大器的设 计过程中，砷化镓异质结双极型晶体管HBT 共发组态工作模式下的输出反射系数 S22，在某一频率将会显现 Kink 效应，因此接受 HBT 实现宽带放大器时，会给工作频带跨过 Kink 点的宽带输出匹配设计带来难题；目前，有效扩展带宽的方法有反比例级 联、并联峰值、电容峰值、分布式放大器和fT 倍频器技术等；但这些方法都会不同程度地增加电路的复欢迎下载精

3、品学习资源杂度，需要占用更多的芯片面积；本文使用一种改善 HBT Kink效应的复合晶体管结构来扩展放大器的带宽，简化宽带输出匹配的设计；自 Shey-Shi Lu ，Yo-Sheng Lin 等人提出 HBT 的 Kink 效应以来，关于该现象的小信号理论分析日臻成熟；文献提出一种基于负反馈技术的新型HBT 复合晶体管结构，能够有效排除HBT 的小信号 Kink 效应；但是有关于该现象的大信号争论较为罕见；文中第一基于 AWR 软件争论 HBT 的大信号Kink 效应，其次分别接受新型 HBT 复合管和一般HBT 管以下分别简称复合管、一般管 来完成两款宽带功率放大器的设计；通过软件仿真，结

4、果说明：该 新型 HBT 复合晶体管不但可以有效排除 HBT 的大信号 Kink 效应，而且仍明显扩展放大器的带宽，提高增益带宽积，简化输出端的阻抗匹配设计；1 新型 HBT 复合晶体管大信号特性1.1 HBT 的小信号 Kink 效应随着频率的上升，晶体管自身寄生电容Cce， Cbe，Cbc 等对器件性能的影响明显增加，使得HBT 共发组态工作模式下的输出反射系数S22 在某一频率处显现一拐点，这种现象称为Kink 效应，如图 1欢迎下载精品学习资源所示；另外随着器件尺寸的增加， Kink 效应有增强的趋势；可以看出，低频时 HBT 的输出阻抗等效为串联的RC 电路，而高频时就等效为并联的R

5、C 电路，在两种等效电路的过渡过程中就显现了图1 中所示的拐点，即 Kink 效应；为了有效排除 HBT 的 Kink 效应，文献提出了基于负反馈技术的新型HBT 复合晶体管结构，本文在该结构上另加1 个电阻 R2 调整反馈强度和相位，其拓扑结构如图2 所示；在图 2 中，共射极连接的 HBT1 作为常规放大器件工作在放大状态， HBT2 作为 HBT1 的负反馈支路工作在反向状态； HBT2 发射极通过一个小电感L 和一个小电阻 R2 连接到电路输出端，由于该电感均衡寄生电容对输出阻抗的影响，使得HBT 在共发组态工作模式下，其小信号输出阻抗在整个工作频段内 接近于一个简洁的 RC 串联电路

6、，且电阻值 R 为一常数，能够有效排除 HBT 的小信号 Kink 效应；1.2 大信号 Kink 效应及其排除功率放大器工作在大信号状态时， HBT 放大管的工作状态和等效电路模型不同于小信号情形；为了欢迎下载精品学习资源深化争论 HBT 的大信号 Kink 效应，分别接受新型HBT 复合管和一般 HBT 管设计了两个单级放大电路，如图 3 所示，同时其大信号 S22 随频率变化的仿真曲线如图 4 所示；图 4 仿真结果说明， HBT 在大信号输入情形下的S22 同样具有 Kink 效应，然而接受复合管结构能够使 HBT 大信号情形下的输出阻抗在很宽的频率范畴内为一常数， S22 的 Kin

7、k 效应得到有效的排除；功率放大器输出端的负载特性将直接影响到输出端匹配电路的复杂度，为了获得正确功率输出负载阻抗，在 412 GHz 频带内进行常规的负载牵引Load-Pull 测试，得到正确输出功率和功率增益；Load-Pull 得到设计所需要的输出负载阻抗值，其结果如图 5 所示；如图 5 所示， Load-Pull 的结果说明，在整个频带内一般管电路正确负载阻抗的实部和虚部都随频率发生变化，而复合管电路的输出阻抗随频率变化不 大，所以接受该结构作为宽带功率放大器的有源放大器件，可以简化其输出端的功率匹配电路设计，获得较好的功率输出特性；欢迎下载精品学习资源2 放大器设计基于上述小信号和

8、大信号特性分析，分别接受一般管和复合管设计了两款宽带功率放大器，匹配电路接受基本 LC 匹配结构，输入匹配中意高通特性， 输出匹配中意低通特性，如图 6 所示；在微波频段， GaAs HBT 的反向传输散射参数S12 很小；因而单向模型经微小修正后就可以作单向近似，以至于这种器件的输入输出匹配网络就可以分 开设计，分别解决宽带功放的输入端和输出端的匹配 问题，由于有源器件随频率上升，其增益按6 dB 倍频程下降，因此输入匹配网络需要供应一个增益补偿，以保证放大器平整的增益特性；为了使放大器的增益更平整，应用 CAD 技术对电路的初步设计结果进行优化，最终得到较为中意的单级功率放大器；在 Kin

9、k 频率点处复合管宽带放大器的大信号参 数如图 7a 所示； 512 GHz 频带内小信号参数仿真曲线及两款放大器功率增益的带宽特性对比如图7b 所示；从图 7 可以看出，一般管放大器在 610 GHz的工作频率范畴内，功率增益 PGain=12 dB ，增益欢迎下载精品学习资源带宽积为 16 GHz，复合管结构放大器功率增益为PGain=11 dB ，带宽拓展至 512 GHz，增益带宽积达到 25 GHz ，明显高于前者；以上结果较好地说明白利用新型 HBT 复合管结构能有效地排除 HBT 的大信号 Kink 效应，进而扩展放大器带宽；同时，设计的复合管结构宽带功率放大器在整个频率范畴内具

10、有较高的功率输出，具有实际应用价值；3 终止语利用一种新型 HBT 复合晶体管结构设计了5 12 GHz 宽带功率放大器，并接受 AWR 软件进行CAD 优化，使宽带功放达到较高的性能指标；另一方面，利用一般管 HBT 设计了一款宽带功率放大器电路作为比较，结果说明：接受该新型HBT 复合晶体管结构作为有源器件可以有效排除Ga-As HBT 的大信号 Kink 效应，利用其设计宽带功率放大器可以有效提高放大器的增益带宽积，同时和其他技术相比，该放大器结构简洁，具有较好的实际应用价值；版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article i

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