刘鸿睿，赵宏亮，尹飞飞

（辽宁大学 物理学院，辽宁 沈阳 110036）

0 引言

在射频功率放大器中，高功率密度、高效率是人们一直追求的目标。目前主流的射频功率放大器设计方案分为单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC）、射频功率模块和内匹配三种形式。内匹配功率放大器是一种混合集成电路（Hybrid Integrated Circuit,HIC），它可以将多种不同衬底材料、不同工艺的裸芯片通过粘接、焊接、共晶等工艺装配在同一个载片上。与其他两种形式相比，内匹配具有大功率、低成本、小型化的优点[1]。由于内匹配将管芯、无源电路、偏置电路分别设计在不同的衬底上，它可以实现不同工艺的优势互补。但也正是这个因素，给内匹配功放的设计带来很多不确定性。因此，高性能内匹配功率放大器是近年来研究的重点[2-3]。根据电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE）对电磁波频谱的划分，C 波段指的是频率在4～8 GHz 范围的电磁波，该频段包含了卫星下行频段、5G 移动通信频段、雷达频段等，用途较为广泛，具有广阔的市场前景。本文基于氮化镓高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor,HEMT）技术，设计了一款高效率C 波段50 W 内匹配功率放大器，其在饱和输出功率48 dBm 下可以实现55% 的功率附加效率（Power Added Efficiency,PAE），同时可装配在8 mm×8 mm 载片上，实现了小型化，可广泛应用于卫星、雷达、移动通信等领域中[4-6]。

1 电路设计与仿真

1.1 指标要求

(1) 工作频率：5～5.8 GHz；

(2) 饱和输出功率：>47 dBm；

(3) 功率附加效率：55%（平均）；

(4) 功率增益：>24 dB；

(5) 功率平坦度：<±0.5 dB；

(6) 工艺制程：0.25 μm GaN HEMT。

1.2 功率预算

对于高效率设计，合理的功率预算是重要一环。为了实现47 dBm 的功率输出，在设计时，末级管芯需输出48.5 dBm 的功率，以确保留有足够的余量。末级……