Ka波段MMIC功率放大器芯片設計.pdf

1、現(xiàn)代人類的便捷生活離不開各種無線通信系統(tǒng)的支持。作為無線通信收發(fā)機中的關鍵部件，功率放大器（PA）對系統(tǒng)的通信距離、工作時長以及體積大小都有著非常重要的影響。憑借高性能、小尺寸、高可靠性等諸多優(yōu)勢，單片微波集成電路（MMIC）技術目前已成為毫米波功率放大器實現(xiàn)的主流方式。
　　本文基于0.15 um GaAs PHEMT MMIC工藝，設計研制出一款面向衛(wèi)星通信終端應用的Ka波段高效率MMIC功率放大器。為了提高功放的效率，功放芯

2、片被偏置在AB類，并在設計時特地優(yōu)化了輸出級匹配網絡對二次諧波的抑制能力。設計的功放芯片的電磁仿真結果表明，在29 GHz~31 GHz頻率范圍內，功放的輸入輸出端口駐波比（VSWR）小于1.8，線性增益大于19.2 dB，1dB壓縮點輸出功率（P1dB）大于24 dBm，飽和輸出功率（Psat）超過25 dBm，飽和輸出功率下功率附加效率（PAE）達到33.4％。當輸出功率為24 dBm時，功放芯片的直流功耗為1.018 W。

3、　　根據(jù)仿真得到的直流功耗，本文對功放芯片的熱量產生及散熱機制進行了分析，建立了功放芯片的熱特性仿真模型，應用ANSYS軟件仿真了功放芯片的熱特性。仿真結果表明，在環(huán)境溫度為45℃時，僅考慮傳導散熱的情況下，功放芯片工作時晶體管的溝道溫度最高為90.5℃，沒有超出工藝的最高溫度限制。
　　本文對流片加工的功放芯片的性能進行了在片測試。在片測試結果表明，在29 GHz~31 GHz頻率范圍內，功放芯片輸入輸出端口電壓駐波比小于2，線

4、性增益達到19.2 dB，P1dB輸出功率達到24.3 dBm，飽和輸出功率達到25 dBm，飽和輸出功率下PAE達到35.7%。當輸出功率為24 dBm時，芯片的直流功耗為0.9 W。
　　最后，本文使用HFSS與ADS仿真，設計并優(yōu)化了芯片模塊的腔體和外圍電路，加工裝配了芯片的模塊，并對模塊的性能進行了測試。模塊的性能測試結果表明，在29 GHz~31 GHz頻率范圍內，模塊增益最大為16.6 dB，輸入端口駐波比小于3，輸出