C～X波段氮化镓高效率大功率放大器研究

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1、博士学位论文＿馨ＩＣ￣Ｘ波段氮化镓高效率大功放大器研究３作者姓名赵博超指导教师姓名、职称郝跃教授Ｍ申请学位类别工学博士学校代码10701学号1311110058分类号TN4密级公开西安电子科技大学博士学位论文C~X波段氮化镓高效率大功率放大器研究作者姓名：赵博超一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：郝跃教授学院：微电子学院提交日期：2016年9月ResearchonC~XBandGaNHighEfficiencyHighPowerAmplifierAthesissubmittedtoXIDIANUNIVE

2、RSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorinMicroelectronicsandSolid-StateElectronicsByZhaoBochaoSupervisor:HaoYueTitle:ProfessorSeptember2016西安电子龍大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果

3、；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一同工。与我作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。。学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任．丨立丨７本人签名：ｆｅ请起ＩＩ期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文、借阅论文，允的复印件，允许查阅；学可以公布论文的全部或部分内容许采用影。印、缩印或其它复制手段保存论文同时本人保证，结合学位论文研究成

4、果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。ａｒ保密的学位论文在年解密后适用本授权书，：木人签名：博ｆｅ导师签名＾－丨１、：□期：ｎ．ｎ日期？摘要摘要当今社会，无线通信和半导体芯片已经应用到我们生活的方方面面，手机通信、Wi-Fi、卫星电视、雷达通信、大型服务器等无不改变着我们的生活方式。氮化镓微波功率放大器无疑是通信与半导体技术的重要交汇点之一，它可以应用在最新一代的通信方式中，适应新一代通信的大功率、高效率、宽频带要求；它是第三代化合物半导体的典型代表，具有很高的性能。在本文中，我们介绍了AlGaN/GaN的材料生长和HEMT器件工艺，

5、建立了相应的等效电路模型。在此基础上，展开了GaN微波功率放大器的大功率、高效率、宽频带三方面的详细研究，提出了新的理论方法，分别实现了X波段大功率放大器、X波段高效率放大器和C波段宽带放大器。本论文的主要研究成果如下：①AlGaN/GaNHEMT工艺介绍和模型建立。介绍了AlGaN/GaNHEMT器件的工作原理，分析了二维电子气的形成机制，说明了AlGaN/GaN异质结材料的生长过程，描述了HEMT器件制作的工艺流程。表征分析了器件的直流特性、频率特性和功率特性，建立了器件的等效电路模型，通过测量不同状态下的直流特性和S参数，提取了等效电路参数值，能够准确拟合器件特性，为后面的电路设

6、计奠定了基础。②X波段100W内匹配功率放大器研制。采用负载牵引技术得到了1.25mm栅宽HEMT器件的最佳源阻抗和负载阻抗，并将其等比例扩展到大栅宽器件，通过T型匹配网络和功分器实现阻抗匹配，实现了双胞合成的X波段内匹配功率放大器。设计并实现了X波段测试夹具，具有良好的传输和反射特性。测试结果表明，该功率放大器在8GHz时具有110W饱和输出功率和53.1%最大PAE。③X波段200W功率合成放大器实现。采用两种方法实现了200W功率合成放大器，第一种方法使用外匹配Wilkinson功分器，将两个相同规格的内匹配百瓦功率放大器进行功率合成，制作了腔体屏蔽盒，实现了饱和输出功率为207

7、W，最大PAE为53.0%，功率增益为10.0dB的功率放大器。第二种方法采用具有良好的传输、反射、隔离特性的内匹配一分八功分器和T型匹配网络将四个管芯进行功率合成，降低了器件间串扰，将X波段200W功放的尺寸降低到外匹配合成方式的1/37。④高效率F类功率放大器三次谐波的理论研究。分析了常见几种提高效率的方法，指出F类和逆F类功放是高频下提高效率的有效手段。分析表明适量的三次谐波电压分量可以塑造F类功放输出波形，提高基波功率和效率。讨论了膝点