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功率放大器通常位于射频前端发射机,将输入信号放大到足够功率电平以供天线对外辐射,对系统整机的性能至关重要。受限于传统半导体材料的性能缺陷,微波功放的输出功率有限;第三代半导体器件GaN HEMTs由于其宽禁带特性,具有高击穿电压、高电子迁移率以及适应高温环境等优点,在微波固态功率放大器领域有着巨大潜力。随着通信、雷达等系统的发展,对小尺寸大功率固态功放的要求也随之提高。内匹配形式的功放器件在体积和重量上优于外匹配功放,在研制难度和成本上优于MMIC功放;在如超大功率相控阵雷达的应用中,GaN HEMT内匹配功率模块在具有小体积的同时,还可实现大功率输出,使系统获得更强的远程作用能力。内匹配形式由于封装面积有限,复杂结构难以集成,同时这种现象在宽带低频时更加明显。因此,本文就L波段GaN内匹配功率放大器的设计进行研究,主要工作如下:功放工作频带达到一个倍频程,因此设计采用宽带匹配技术理论,对宽频带下阻抗匹配进行研究。对比传统宽带结构的优劣,选用在尺寸方面更具优势的多级低Q值低通LC匹配结构;针对小封装,功放电路输入输出将两路并为一路进行阻抗匹配;为使管芯之间相位幅度平衡,在两管芯两端直接进行功分合成;公式推导单级LC匹配网络参量计算式,并依据低Q宽带思想将公式应用于三级LC匹配网络,对源/负载阻抗进行中心频点的匹配,ADS电路仿真验证公式准确有效;推导计算公式将集总参量转为分布参量,进行ADS多频点宽带匹配仿真,实现功放1-2GHz范围的源/负载阻抗匹配。最终设计并制作一款L波段GaN基内匹配功率放大器。管芯选用国内某公司自主研发的大栅宽GaN HEMT;匹配网络中,电容器采用金属-绝缘层-金属(MIM)实现,电感采用高阻线实现,使用金丝进行键合。功放封装在14.5mm*14.5mm的管壳中,工作在1-2 GHz,偏置在VGS=-2.8V、VDS=28V,对高温(85℃)、常温(25℃)环境温度下,实测连续波模式输入Pin=37dBm时,均有输出功率Pout>45dBm、漏极效率ηD>44%;低温(-55℃)时更有输出功率Pout>47dBm、漏极效率ηD>52%;小信号增益带内均大于10.5dB。与传统使用T型网络对端口阻抗进行输入预匹配,再结合电桥或Wilkinson功分器进行两路合成实现宽带匹配相比,本文使用的匹配结构可以集成在更小的封装内。