功率放大器是构建新一代通讯体系的中心组件，这类通讯体系需求超宽的带宽以支撑高数据速率。为了规划一款高效的功率放大器，晶体管有必要作业于开关形式之下，而且/或许具有反射端接谐波。可是，为了能在一个以上倍频程带宽下正常作业，在较低频率下，谐波端应在带内。此外，Bode-Fano带宽理论以为，关于给定的复合负载，可完成带宽存在一个根本限值，该限值会下降方针负载阻抗，进一步违背高效条件。
在本文中，咱们将比较和比照两种不同的宽带高效功率放大器规划技能。一种规划选用一种非均匀分布式放大器拓扑结构，彻底集成于一个MMIC之中，其输入和输出匹配至50 Ω。另一种规划选用混合式规划技能，在封装中集成了桥接-T输入匹配MMIC。本文将首要扼要描绘电路制作工艺，然后逐个展现和评论各种规划拓扑结构。
器材技能和工艺
这儿运用的AlGaN/GaN HEMT器材根据TriQuint的0.25 μmGaN工艺TQGaN25，选用100mm SiC晶圆制成。这是一种TriQuint推出的大规模制作技能。在PAE匹配条件下，一个四指100μm栅极宽度晶体管（偏置电压：Vd=40V，Id=100 mA/mm）的典型功率密度为5.5W/mm，10GHz时的PAE为60%。
分布式放大器规划
A. 电路规划
为了完成最高的功率和功率，咱们挑选了非均匀分布式功率放大器（NDPA）拓扑结构。NDPA不是以50Ω的阻抗端接漏极线路，而是选用了突变传输线。为每条传输线路挑选特定的宽度，以便为每个单元供给最佳负载。在某些情况下，各个单元的器材尺度也选用突变规划。
因为方针作业频率为30MHz至2.7GHz，所以，咱们挑选了5-单元规划，器材总周长为2.4mm，以完成功率、增益、带宽和芯片尺度的平衡。随后，咱们核算出了各单元的器材尺度和传输线路阻抗。成果如表1所示。榜首个单元的尺度为1.2mm，其意图是完成功率和功率的最大化。其他单元尺度持平，均为0.3mm。请注意，在表1中，有一列为各个单元的漏电流（Id）。该电流标明器材的最大驱动电流，设定了输出走线的最小宽度。
MMIC制品如图1所示。芯片的终究尺度为2.4mm×1.8mm。为了支撑最低30MHz的作业频率，咱们挑选了片外偏置选项。这种规划的一个特点是在榜首单元输出端运用了线圈。请参阅前面的表1，处理450mA电流所需的最小宽度为30μm。可是，在100μm厚的SiC基板上，宽30μm线路的典型阻抗只要76Ω，离最佳负载100Ω还有很大的距离。可是，线圈实践上会经过互耦合的办法增大线路的有用阻抗，仿真条件下，该线路的阻抗为105Ω。这样就能够完成高效运转。
B. MMIC丈量值
咱们把MMIC制品焊接在一块厚40密耳的CuMo承板上，一起把RO4003板装在MMIC周围，以便进行评价。咱们对电路板上的50？走线进行了去嵌入处理，使丈量参阅平面坐落焊线的结尾。如图2所示，在30MHz至2.7GHz范围内，典型增益为20dB，而且在相同频率范围内，输入和输出回波损耗为10dB或更低。
大信号丈量值标明，成果杰出。图3所示为MMIC在整个频率范围内，在27dBm的稳定输入功率（这相当于约5dB的紧缩值）下的输出功率和PAE。当漏极电压为30V时，MMIC在不超越2.5GHz的整个频率范围内可发生大于10W的输出功率，在不超越2.7GHz的范围内，可发生8W或以上的输出功率（功率密度超越4 W/mm），而且在整个频段，PAE均优于52%。在500MHz以下，MMIC可完成近70%的PAE。如此高的PAE源于榜首个单元加载了高阻抗。请注意，这儿展现的功率和PAE丈量值只是在基频输出功率条件下得到的成果，不得用于核算功耗。要核算功耗，咱们有必要运用总功率，包含谐波下的一切功率。
混合分立式功率放大器规划
电路规划
咱们前面展现的分布式放大器技能对MMIC作用显着。可是，关于混合分立式规划来说，要完成多级是好不容易的。咱们挑选选用一种桥接T拓扑结构，将单个晶体管的输入端匹配至50Ω。咱们挑选了适宜的晶体管的尺度，以便输出端的50Ω端口与其方针负载线无缺匹配，因而，放大器输出端能够不匹配。咱们挑选了一款周长为1.24mm的晶体管。别的，凭借周长为2.48mm的晶体管也可完成不错的负载线，其一般具有更高的功率和更低的功率密度。要进一步优化功能，能够在电路板级进行更多匹配。MMIC制品如图4所示。芯片的终究尺度为1.277mm ×1.06mm。用周长为2.48mm的晶体管（本文中未评论）打造的另一款芯片的尺度为1.277mm ×1.305mm（大23%）。
桥接T拓扑结构是Zobel网络的修改版，能够在输入端供给稳定阻抗。用于匹配晶体管输入端的拓扑结构如图4所示。该电路的匹配规划可在30MHz至2700MHz范围内供给杰出的回波损耗功能。桥接T匹配的不足之处在于，网络损耗较大。可是，在这些低频下，晶体管具有较大的增益，能够平衡掉这些损耗，从而使芯片在各种频率下均能无条件保持稳定。因而，关于该作业频率，桥接T是一种十分适宜的挑选，不会影响功能。
桥接T网络的低频功能在很大程度上取决于并联网络中的阻抗。为了在低频下完成实部阻抗，需求运用一个较大的电容。为此，咱们用一个焊盘衔接一个片外电容（见图4中的外部电容）。因为MMIC的输入端已匹配至50 Ω，因而，输入网络不需求进行其他匹配。此外，器材在尺度规划上已在输出端供给近50 Ω的负载线，因而，输出匹配网络只需求一个串联L并联C网络以保证高频功能，然后，在低频下供给50Ω的负载阻抗以保证宽带功能。输入和输出匹配网络都选用了宽带偏置网络，并布置在一块4“×3”的运用板上。
混合式放大器的丈量值
咱们在一块用Rogers 4350B制成的电路板上对终究器材进行了测验。50Ω匹配输入体现杰出，能在40MHz至2.7GHz的范围内完成10dB的回波损耗，在低至30MHz的频率范围内完成7dB的回波损耗（图5）。器材在低频下完成12dB的增益，在高频下完成17dB的增益。
在32V和脉冲条件下，放大器完成了5W的典型输出功率（或许，4W/mm的功率密度），在1至2.7GHz范围内完成45%的功率附加功率（图6）。咱们挑选了脉冲而非CW作业形式，因为评价板约束了总功耗。别的，咱们在1至2.7GHz范围内对数据进行了丈量，因为咱们无法在1GHz以下构建脉冲试验台。
评论
成果标明，两款放大器均能在30~2700 MHz范围内作业，二者具有相似的输出功率密度。彻底匹配的MMIC在器材尺度以及输出功率的挑选方面体现出较大的灵活性，但其价值也比较大。另一方面，咱们展现的混合式解决方案具有较为共同，器材尺度固定，因而对功能形成了约束；较小或大得多的晶体管都无法在整个带宽范围内获得杰出作用。可是，因为芯片尺度十分小（为MMIC的1/4，但功率仅少一半），因而其价值更能令人承受。别的，最多能够运用两倍周长的晶体管，可完成相似MMIC的功能，芯片尺度增幅也不大（23%），而且混合式解决方案可运用外部元件进行调整，以在特定频段范围内完成愈加优化的功能。可是，MMIC解决方案因为要处理的寄生电容较少，所以能够完成杰出的功能。归根到底，假如体系侧重于打造一种低本钱的解决方案，而且能够献身必定的功能，则混合式解决方案是更适宜的挑选。可是，假如体系要求以较高的价值供给特定的功能，则MMIC解决方案是更好的挑选。尽管如此，实践标明，两种规划技能都是宽带条件下的有用挑选。
定论
本文介绍了两种不同的放大器渠道，即全集成式MMIC和混合封装式放大器，两者均可在30 ~2700MHz范围内完成抢先的功能。其完成办法是在MMIC上运用行波技能，在混合式规划中，则是运用桥接T拓扑结构使晶体管匹配至50Ω。两种技能各有长处，在功能和本钱方面各有折衷。
