基于GaN HEMT F類功率放大電路設計

劉多偉，程飛，黃卡瑪

（四川大學電子信息學院，四川成都，610065）

0 引言

無線技術已經發展到5G階段并且對6G的研究也在不斷進行，這對射頻前端器件的性能有了越來越高的要求。功率放大器是所有無線系統中不可或缺的子系統，其性能對整個系統有著重要影響。

在大功率半導體技術中，GaN HEMT寬禁帶半導體器件具有多種優勢，包括高擊穿電壓，優良的熱導率和耐高溫性能，同時具有能量轉換效率高、工作截止頻率高、壽命長、可靠性好的特點，適合設計大功率放大器。而且具有較高的輸入、輸出阻抗，易于對其進行匹配電路的設計。

隨著越來越多的工業界和學術界研究人員聚焦在高效率功率放大器的研究上，不斷有性能優良，結構新穎的高效放大器問世。文獻設計了一款工作頻率為3.1GHz的單頻點功放，使用多級微帶低通網絡作為PA的輸出匹配電路，實現了對四階諧波的控制，功率附加效率（PAE）為82%，輸出功率為10W。在文獻中，實現了一種高效率逆F類功放。其利用輸入二次諧波效應來提高效率，經過數值分析和模型仿真，實現了諧波控制，在3.5GHz，Psat為39.9dBm，PAE達到76.7%。文獻提出了一種高效集成濾波器的F類功率放大器。采用高Q介質諧振器(DR)濾波器作為PA的輸出匹配網絡，實現了良好的頻率選擇性。在工作頻率內最大PAE為70.7%，最大輸出功率大于10W。文獻分析并驗證了降低諧波控制網絡中四分之一波長短路傳輸線的特征阻抗，可使二次諧波阻抗隨頻率變化放緩，有利于拓寬PA的工作頻率。……