【摘 要】
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微波功率放大器广泛运用在了众多领域之中,例如移动通信基站、雷达、卫星通信、航空航天等。第三代半导体材料GaN以其禁带较宽、高击穿场强、高电子饱和漂移速度、热导率高、化学性质稳定等优点在微波功率放大器的设计中扮演着不可缺少的角色。但由于Al GaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管（HEMT）通常在温度较高和功率较大条件下工作,器件的温度特性和可靠性成为必须重点关注的问题。在微波功率放大器的设计过程中
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微波功率放大器广泛运用在了众多领域之中,例如移动通信基站、雷达、卫星通信、航空航天等。第三代半导体材料GaN以其禁带较宽、高击穿场强、高电子饱和漂移速度、热导率高、化学性质稳定等优点在微波功率放大器的设计中扮演着不可缺少的角色。但由于Al GaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管（HEMT）通常在温度较高和功率较大条件下工作,器件的温度特性和可靠性成为必须重点关注的问题。在微波功率放大器的设计过程中,输入/输出匹配电路的设计是最关键的部分。本论文提出了一种在柔性衬底上打印的微带线作为匹配元件,通过电容电感匹配和打印的微带线匹配两种方法设计了匹配电路,并在此基础上对微波功率放大器的温度特性进行了研究,最后设计了一款5.3～5.9GHz的功率放大器。论文主要研究内容如下:1、提出了在用喷墨打印技术打印微带线时,以分段式渐变和连续渐变两种方式的渐变微带线使传输线的特性阻抗保持在微波系统最常用的指定阻抗50欧姆,并通过仿真验证了渐变传输线的可行性。利用TDR仿真模拟了不同类型传输线的阻抗,通过不同斜率和不同长度微带线的时域仿真和S参数仿真,验证了印刷的渐变微带传输线可以作为半导体芯片和印刷电子器件在柔性衬底上异构集成的互连。2、选择Cree公司CGHV60040D的GaN HEMT微波功率放大芯片进行了温度特性的探究。对功放管进行直流扫描仿真确定静态工作点,然后设计偏置电路及进行稳定性分析。接着进行了负载牵引仿真和源牵引仿真,确定5.3～5.9GHz下-70°C～150°C以每20°C为间隔的各个温度下功放管的负载阻抗和源阻抗,考察了温度变化对功放管负载阻抗和源阻抗的影响。用电容电感匹配的方式和柔性衬底打印微带线匹配的两种方式设计微波功率放大器的输入输出匹配电路,并详细考察了其温度特性。3、设计了一款5.3～5.9GHz微波功率功率放大器。采用电容电感匹配和打印的微带线匹配两种方法设计输入和输出匹配电路。对该微波功率放大器进行了小信号和大信号仿真,以保证在两种匹配方法下微波功率放大器的S21大于10d B、S11和S22优于-10d B、功率增益峰值大于9d B、峰值饱和输出功率大于45d Bm、峰值效率大于40%。仿真结果证明,两种匹配方式下的微波功率放大器性能指标都达到了要求。
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