5～12GHz新型復(fù)合管寬帶功率放大器設(shè)計(jì)

摘要 利用一種新型HBT復(fù)合晶體管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一款寬帶功率放大器，有效抑制了HBT的大信號(hào)Kink效應(yīng)。采用微波仿真軟件AWR對(duì)電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化和仿真，結(jié)果顯示，在5～12 GHz頻帶內(nèi)，復(fù)合晶體管結(jié)構(gòu)的輸出阻抗值更穩(wěn)定，帶寬得到有效擴(kuò)展，最高增益達(dá)到11 dB，帶內(nèi)波動(dòng)0．5 dB，在9 GHz工作頻率時(shí)，其1 dB壓縮點(diǎn)處的輸出功率為26 dBm。

關(guān)鍵詞 寬帶匹配；Kink效應(yīng)；GaAs HBT；復(fù)合晶體管

隨著寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍、高效率的寬帶放大器的需求也越來(lái)越大，從某種意義上講，寬帶放大器性能的好壞直接決定著微波系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。然而在寬帶放大器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)共發(fā)組態(tài)工作模式下的輸出反射系數(shù)S22，在某一頻率將會(huì)出現(xiàn)Kink 效應(yīng)，因此采用HBT實(shí)現(xiàn)寬帶放大器時(shí)，會(huì)給工作頻帶跨越Kink點(diǎn)的寬帶輸出匹配設(shè)計(jì)帶來(lái)難題。目前，有效擴(kuò)展帶寬的方法有反比例級(jí)聯(lián)、并聯(lián)峰值、電容峰值、分布式放大器和fT倍頻器技術(shù)等。但這些方法都會(huì)不同程度地增加電路的復(fù)

雜度，需要占用更多的芯片面積。本文使用一種改善HBT Kink效應(yīng)的復(fù)合晶體管結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)展放大器的帶寬，簡(jiǎn)化寬帶輸出匹配的設(shè)計(jì)。

自Shey-Shi Lu，Yo-Sheng Lin等人提出HBT的Kink效應(yīng)以來(lái)，關(guān)于該現(xiàn)象的小信號(hào)理論分析日臻成熟。文獻(xiàn)提出一種基于負(fù)反饋技術(shù)的新型HBT復(fù)合晶體管結(jié)構(gòu)，能夠有效消除 HBT的小信號(hào)Kink效應(yīng)。但是有關(guān)于該現(xiàn)象的大信號(hào)研究較為罕見(jiàn)。

文中首先基于AWR軟件研究HBT的大信號(hào)Kink效應(yīng)，其次分別采用新型HBT復(fù)合管和普通HBT管(以下分別簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合管、普通管)來(lái)完成兩款寬帶功率放大器的設(shè)計(jì)。通過(guò)軟件仿真，結(jié)果表明：該新型HBT復(fù)合晶體管不但可以有效消除HBT的大信號(hào)Kink效應(yīng)，而且還明顯擴(kuò)展放大器的帶寬，提高增益帶寬積，簡(jiǎn)化輸出端的阻抗匹配設(shè)計(jì)。

1 新型HBT復(fù)合晶體管大信號(hào)特性

1．1 HBT的小信號(hào)Kink效應(yīng)

隨著頻率的升高，晶體管自身寄生電容Cce，Cbe，Cbc等對(duì)器件性能的影響明顯增加，使得HBT共發(fā)組態(tài)工作模式下的輸出反射系數(shù)S22在某一頻率處出現(xiàn)一拐點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為Kink效應(yīng)，如圖1所示。另外隨著器件尺寸的增加，Kink效應(yīng)有增強(qiáng)的趨勢(shì)。