基于GaN HEMT的功率放大器设计
毕业论文关键词：氮化镓高电子迁移率管、先进设计系统、射频功率放大器 、 微波单片集成电路
Title Design of power amplifier based on GaN HEMT
Abstract With the rapid development of modern communication technology, the growth of third-generation semiconductor GaN material and microwave monolithic integrated technology, the operating frequency of the RF power amplifier is going higher and higher, the bandwidth is going wider and wider, and the output power and efficiency are also increasing. In this work, the GaN transistor and MMIC technology is used for the design of a power amplifier, which is operating at the frequency of 2.4 GHz and is absolutely stable within the 0-5 GHz band. This paper first introduces the basic theory and design method of the power amplifier, then analyses the design process of the power amplifier in details, including a 2*100 um GaN HEMT and a 8*100 um GaN HEMT. Then design the layout of the power amplifier according to the schematic. The result of the layout is similar to the schematic. The 2*100 um GaN HEMT has the output power of 24.6 dBm, the power added efficiency of 29.9% and a gain of 6.6 dB when the input power is 18 dBm. The 8*100 um GaN HEMT has the output power of 32.2 dBm, the power added efficiency of 39.5% and a gain of 7.2 dB when the input power is 32 dBm. At last, I make a summary to the full text and talk about the deficiencies in the design.
Keywords：GaN HEMT，ADS，PA，MMIC
目 次
1 绪论. 1
1.1 研究背景 .. 5
1.2 本文的主要工作和内容安排 3
2 功率放大器的主要理论.. 9
2.1 功率放大器的分类 . 9
2.2 功率放大器的各类技术指标 6
2.3 功率放大器电路概述 9
3 基于 2*100 um GaN HEMT 的功率放大器的仿真设计 18
3.1 GaN功率放大器设计的一般流程 . 18
3.2 电路设计 14
3.3 版图设计 25
3.4 小结 .. 29
4 基于 8*100 um GaN HEMT 的功率放大器的仿真设计 35
4.1 电路设计 35
4.2 版图设计 43
4.3 小结 .. 46
结论.. 47
致谢.. 49
参考文献 50
1 绪论 1.1 研究背景 1.1.1 射频功率放大器的作用 射频功率放大器的性能影响着通信服务的质量和信号传输的距离，它不仅是通信系统的关键组成部分，还是制约通信系统性能的重要因素。因此不断地开发新型的功率放大器对现代通信的发展有着重要的意义。 随着新一代移动通信技术的成熟，通信系统中开始采用新的调制方式和数字传输技术，这带来的问题是输入信号的峰均比很高，造成线性性能的降低。一般都希望提高功率放大器的线性度，使它的动态范围比较理想，为此我们可以使用功率回退的方法，但是这样做对放大器的性能影响较大，会使它的效率降低。我们都知道，在发射机系统中，功率放大器消耗的功率能量占系统总能量的绝大部分。 因此为了降低一个通信系统的能耗，减少系统在使用时的额外成本，我们需要让功率放大器的效率尽量提高。怎样才能得到一个性能优越的功放，使它不仅能具有较高的效率，而且能有良好的线性性能，这成为射频功放设计者关注的焦点。 射频功率放大器在雷达中的作用也很重要， 其中最重要的应用就是相控阵雷达中的 T/R 组件。T/R 组件的重要部分之一就是功率放大器，它决定了整个雷达的性能、成本、可靠性、重量等参数。 总之，在通信领域、雷达、电子战、卫星导航等需要放大信号功率的场合都离不开功率放大器。