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TechnicalFeature 技术特写

+j1.0
V gs V ds 7.0 GHz
E r = 3.66 +j0.5 +j2.0
Bias H = 20 mil Bias
Circuit Circuit Package 4.6 GHz
Z nf at
0.5/11.0, 30° 0.5/11.0, 30° Plane
CGH40010F Z 1f 2.3 GHz
HEMT 0.5 W (mm)/0.9 L (mm) Z 2f 3.8 GHz
0.5/9.0 Z 3f 2.3 GHz
RF out 11.0 GHz 3.8 GHz
RF in +j0 3.0 GHz 11.0 GHz ∞
1.1/2.0 0.8/6.3 4.0/2.0 1.5/3.7 2.0/11.3 16.1/2.0 2.3/0.4 1.5/2.5 7.1/1.7 7.1/4.8 1.2/1.2 3.8/9.3 1.1/1.0 2.1/7.4 1.1/2.0 Z nf at I-gen
(a) Plane
4.6 GHz
7.0 GHz
–j0.5 –j2.0
–j1.0
图5：封装和I-gen平面的输出匹配网络
阻抗轨迹。

2.0 75
Current (A) 1.0 45 Voltage (V)
60
1.5
30
0.5
–0.5 0 15
0
0 100 200 300 400 500 600
Time (ps)
(b)
图6：I-gen平面处3.5GHz时电压和电流
图4：功率放大器匹配网络(a)以及制作的放大器(b)。 波形的仿真结果。

8
α从1到 变化，NSCM的漏极效率从 基于NSCM的宽带高效功率放大器 波阻抗。实频技术 和阶梯阻抗滤波器匹
57.7%到81.6%变化。当 时，准连 的设计 配是匹配网络设计中最常用的方法。因
续逆F类的漏极效率为81.8%，这与传统 一个使用10W Cree（Wolfspeed） 此本设计中也采用了阶梯阻抗微带滤波
的连续逆F类模式的漏极效率相等。和 GaN HEMT器件（CGH40010F）的宽带 网络。
连续逆F类模式相比，NSCM的输出功率 （2.3-3.8GHz）高效的功率放大器被用 图4a给出了最终的匹配网络及其
会下降0到1.5dB，但仍然可以保持良好 来通过实验验证所提出的设计理念。从 尺寸。功率放大器电路被设计在厚度为
的性能。 上一节中，我们得知当α>6/5的时候，可 H=20mils的Rogers4350B介质板上，照片
6
从图2和图3中可以明显看出，当 以获得70%的漏极效率。Chen等人 提出 在图4b中给出。通过器件的近似封装模型
Z (1f,re) 在1.28到1.81范围内变化，α在1到 的一种近似的CGH40010F大信号封装模 和最终的OMN，我们得到了在封装平面
范围内变化时，NSCM有更大的设计空 型与输出匹配网络（OMN）同时被用于 和电流发生器（I-gen）平面处归一化到
间。这相比于传统的连续模式可以提供 获得最优阻抗匹配。 R opt 的阻抗轨迹，如图5所示。可以明显看
更大的设计自由度。例如，如果需要高 当利用非线性器件电容时，可以激 出，I-gen平面的阻抗位于预测区域内。
于70%的漏极效率，选择大于6/5的α参 发三次谐波频段响应，因此，在OMN设 图 6 给出了在功率放大器偏置为
数即可；而想要获得大于60%的漏极效 计中，重点应该集中于基波和二次谐波 V ds =28V且V gs =-2.8V时，仿真得到的去
率时，只需使用大于1.04的α参数。 的匹配，同时应在高效区域保证三次谐 嵌入本征漏极电压和电流。可以观察到
大致与图1中波形对应的半正弦电压和准
(%), 80 半正弦电流波形。
70 实验结果
功率放大器在单音连续波形信号的
60
(%), Power Added E P out (dBm) and Gain (dB) 50 Measured Drain E Simulated Drain E 激励下进行测量，该信号在2.3到3.8GHz
频率范围内以0.1GHz步进扫描。包括
输出功率、漏极效率和功率附加效率
40
（PAE）在内的实验结果在图7中给出。
Simulated Power-Added E
Measured Power-Added E
30
仿真结果同样在图中给出用于对比。
Simulated P out
Measured P out
Simulated Gain
Measured Gain
从仿真结果我们可以看到在2.3到
20
3.8GHz频率范围内，漏极效率在71%到
10 75.8%之间变化，功率附加效率为65%到
Drain E 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 74%，同时在整个工作频率范围内增益
Frequency (GHz) 可达10.2到12.6dB。输出功率范围在40.2
图7：宽带功率放大器漏极效率、功率附加效率、增益和输出功率的仿真和实验结果。 到42.6dBm之间。
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42 Microwave Journal China 微波杂志 May/Jun 2018