5～12GHz新型復合管寬帶功率放大器設計

摘要 利用一種新型HBT復合晶體管結構設計了一款寬帶功率放大器，有效抑制了HBT的大信號Kink效應。采用微波仿真軟件AWR對電路結構進(jìn)行了優(yōu)化和仿真，結果顯示，在5～12 GHz頻帶內，復合晶體管結構的輸出阻抗值更穩定，帶寬得到有效擴展，最高增益達到11 dB，帶內波動(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；GaAs HBT；復合晶體管

隨著(zhù)寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統的不斷發(fā)展，對高靈敏度、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(zhù)微波系統性能的優(yōu)劣。然而在寬帶放大器的設計過(guò)程中，砷化鎵異質(zhì)結雙極型晶體管(HBT)共發(fā)組態(tài)工作模式下的輸出反射系數S22，在某一頻率將會(huì )出現Kink 效應，因此采用HBT實(shí)現寬帶放大器時(shí)，會(huì )給工作頻帶跨越Kink點(diǎn)的寬帶輸出匹配設計帶來(lái)難題。目前，有效擴展帶寬的方法有反比例級聯(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

雜度，需要占用更多的芯片面積。本文使用一種改善HBT Kink效應的復合晶體管結構來(lái)擴展放大器的帶寬，簡(jiǎn)化寬帶輸出匹配的設計。

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

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

1 新型HBT復合晶體管大信號特性

1．1 HBT的小信號Kink效應

隨著(zhù)頻率的升高，晶體管自身寄生電容Cce，Cbe，Cbc等對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S22在某一頻率處出現一拐點(diǎn)，這種現象稱(chēng)為Kink效應，如圖1所示。另外隨著(zhù)器件尺寸的增加，Kink效應有增強的趨勢。