GaN功率放大器设计方法与谐波杂散特性研究

作     者：王瑞珍 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹文言

授予年度：2020年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 

主      题：AlGaN/GaN HEMT 功率放大器 谐波 杂散 温变效应 大信号模型 

摘      要：近年来,新一代半导体材料氮化镓(GaN)具备禁带宽、电子饱和速率高、电子迁移率高、热导率高等优点,使得氮化镓高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HEMT)具备工作电压高和输出功率高等特点,使其广泛地应用在功率放大器的设计中。本文设计实现了两款工作在S波段的GaN功率放大器,并进一步研究了GaN功率放大器不同温度下的功率性能和谐波杂散特性变化。通过对AlGaN/GaN HEMT进行建模和模型改进,分析了GaN器件性能随温度的变化规律。主要工作和创新点总结如下:(1)本文基于商用的氮化镓功率晶体管,设计实现了两款工作在2.5GHz～2.7GHz的AB类功率放大器。实现的两款GaN功率放大器输出功率高于100W(50d Bm),功率附加效率高于50%。(2)针对GaN功率放大器在雷达和无线基站等方面的应用场景,完成了从233～393K(-40～120℃)温度范围内放大器性能和谐波杂散性能的测试。测试涵盖放大器的输入-输出特性、输入-功率附加效率特性、输出-ACPR特性、输出-谐波特性等方面。测试项目几乎覆盖了GaN功率放大器的各类性能指标。(3)基于使用的AlGaN/GaN HEMT芯片商用模型和GaN放大器的测试结果,对AlGaN/GaN HEMT进行了大信号建模研究,并引入了温变效应部分。通过比较建立的模型与测试数据,可以看出建立的模型可以较为准确地模拟AlGaN/GaN HEMT的大信号特性以及温变特性。进一步地,通过分析四款GaN功放的不同温度下谐波分量测试数据,对器件温度-谐波关系进行了分析,验证了EEHEMT模型对AlGaN/GaN HEMT在宽温度范围内的建模能力,并对放大器模型谐波随温度变化的关系做了改进。得到的结果对GaN功率放大器的电热一体化设计有重要的参考价值。