基于GaN固态放大器可实现的应用设计

瞬时带宽、高输出功率放大器的需求。某些系统尝试利用通道化或多个放大器来满足这些要求，每个放大器覆盖所需频谱的一部分并馈入一个多路复用器。这会提高成本和复杂性，并导致在多路复用器的频率交越点处出现空隙。更有效的替代解决方案是以更高的功率水平连续覆盖宽频率范围，这已经通过两个不同的GaN放大器得到实现，其覆盖VHF至L波段频率以及2 GHz至18 GHz。

针对VHF到S波段频率的放大器

针对VHF到S波段频率，ADI开发了一款尺寸非常小、功能丰富、多倍频程的放大器，其在115 MHz到2000 MHz范围内可提供50 W输出功率。在全频率范围内，当馈入0 dBm的标称输入信号时，该放大器可实现46 dBm (典型值40 W)的输出功率水平。

该放大器采用尺寸为7.3" × 3.6" × 1.4"的紧凑式封装，具有BIT功 能，可提供热和电流过载保护及遥测报告，并集成DC-DC转换器以实现最佳RF性能，输入电源范围是26 VDC到30 VDC。图3所示为该放大器的照片，输出功率的典型实测性能数据与频率的关系如图4所示。

图3. 连续波(CW)、50 W、固态功率放大器，工作频率范围为115 MHz至2000 MHz

图4. 50 W、115 MHz至2000 MHz功率放大器的输出功率与频率的关系

针对2 GHz以上宽带应用的放大器

针对2 GHz以上的宽带应用，ADI也开发了一款GaN放大器，其可在2 GHz到18 GHz频段产生50 W连续波(CW)输出功率。这款放大器采用商用10 W GaN MMIC，其输出功率贡献通过宽带低损耗合并电路加以合并。多个这样的放大器也可以合并，以在同样的2 GHz到18 GHz带宽产生高达200 W的输出功率。驱动放大器链也是基于GaN有源器件。该放大器采用48 VDC供电，内置稳压器和高速开关电路，支持脉冲操作，具有良好的脉冲保真度和快速上升/下降时间。表2列出的这款放大器的规格。

表2. 典型宽带SSPA性能

图5所示为该放大器的照片，图6显示了该放大器的输出功率与频率(2 GHz至18 GHz)的函数关系。

图5. 50 W、CW输出功率放大器，工作频率范围为2 GHz至18 GHz

图6. 50 W、2 GHz至18 GHz功率放大器的输出功率与频率的关系

这款50 W放大器是2 GHz到18 GHz频段系列放大器中的一员。ADI还开发了一款12 W输出功率的紧凑型台式放大器(图7)和一款100 W输出功率的机架安装单元(图8)。频率范围从2 GHz到6 GHz以及从6 GHz到18 GHz的其他放大器正在开发中。ADI还在努力将这些宽带放大器的输出功率从当前水平提高到200 W及更高水平。为了实现更高的输出功率水平，ADI正在开发高输出功率模块和宽带RF功率合并器，其合并效率将大为改善，损耗也低于当前功率合并器。

图7. 宽带2 GHz至18 GHz功率放大器，在全频率范围产生12 W CW输出功率

图8. 2 GHz至18 GHz固态功率放大器，在全频率范围产生100 W CW输出功率

以上是利用GaN固态放大器可实现的性能水平的几个例子。随着更多GaN半导体供应商转向更大尺寸的晶圆，以及每片晶圆的良品率持续提高，将来此类放大器的单位成本有望降低。随着栅极长度的缩短，基于GaN的SSPA将能支持更高的工作频率，因此会有越来越多的GaN器件用于工作在毫米波频率的系统。显而易见，当前GaN改善性能并降低成本的趋势应当会持续一段时间。