基于負載牽引的S波段130 W硅LDMOS功率放大器研制

鞠久貴，成愛強

（中國電子科技集團公司第五十五研究所，南京 210016）

1 引言

近年來，隨著GaN HEMT技術的進步，大功率、高效率GaN功率放大器被研發出來，正逐步替代LDMOS器件。但是GaN器件在成熟度和性價比方面與LDMOS器件相比還有一定差距，LDMOS器件因其在低頻段具有高增益、大輸出功率、高性價比和高可靠性等特點，仍被廣泛應用在導彈、雷達、通信等領域[1-3]。

國外對LDMOS器件的研究較早，很多公司如Freescale、NXP、Infineon等均擁有成熟的LDMOS生產線，且產品體系完善，比如在S波段已具有426 W大功率輸出功率管。國內關于LDMOS的研究雖起步較晚，但也取得了很大的發展，在P、L波段也已形成系列化的產品，包括P波段450 W LDMOS器件[4]、1.2～1.4 GHz 600 W LDMOS器件[5]等。受限于國內LDMOS芯片工藝平臺水平，S波段產品研制的報道并不多。本文基于南京電子器件研究所152.4 mm（6英寸）LDMOS技術平臺研制的高頻、高增益管芯，采用雙胞LDMOS管芯設計了一款2.7～3.1 GHz 130 W大功率高效功率放大器；對管芯進行了優化設計，利用負載牽引系統進行管芯參數提取，設計了預匹配及外匹配電路，從而完成高頻LDMOS功率器件的研制。

2 LDMOS管芯設計

2.1 LDMOS芯片特性

LDMOS作為射頻微波器件，其工作原理是在輸入端施加激勵電壓信號Vg以控制器件的導通狀態，在輸出端獲得一個受輸入信號影響的放大電流信號從而獲得需要的輸出功率。表征其微波特性的主要指標是功率、效率、增益及可靠性，LDMOS芯片的等效電路模型如圖1所示[6-7]。

圖1 LDMOS芯片等效電路模型

通過研究發現，LDMOS管芯的輸出功率主要與器件的工作電壓、芯片總柵寬、芯片的導通電壓相關；……