新一代宽带宽功率放大器设计

混合式放大器的测量值

我们在一块用Rogers 4350B制成的电路板上对最终器件进行了测试。50Ω匹配输入表现良好，能在40MHz至2.7GHz的范围内实现10dB的回波损耗，在低至30MHz的频率范围内实现7dB的回波损耗(图5)。器件在低频下实现12dB的增益，在高频下实现17dB的增益。

在32V和脉冲条件下，放大器实现了5W的典型输出功率(或者，4W/mm的功率密度)，在1至2.7GHz范围内实现45%的功率附加效率(图6)。我们选择了脉冲而非CW工作模式，因为评估板限制了总功耗。另外，我们在1至2.7GHz范围内对数据进行了测量，因为我们无法在1GHz以下构建脉冲试验台。

讨论

结果表明，两款放大器均能在30~2700 MHz范围内工作，二者具有相似的输出功率密度。完全匹配的MMIC在器件尺寸以及输出功率的选择方面表现出较大的灵活性，但其代价也比较大。另一方面，我们展示的混合式解决方案具有较为独特，器件尺寸固定，因此对性能形成了限制；较小或大得多的晶体管都无法在整个带宽范围内取得良好效果。但是，由于芯片尺寸非常小(为MMIC的1/4，但功率仅少一半)，因此其代价更能令人接受。另外，最多可以使用两倍周长的晶体管，可实现类似MMIC的性能，芯片尺寸增幅也不大(23%)，并且混合式解决方案可使用外部元件进行调整，以在特定频段范围内实现更加优化的性能。然而，MMIC解决方案由于要处理的寄生电容较少，所以可以实现卓越的性能。归根结底，如果系统侧重于打造一种低成本的解决方案，并且可以牺牲一定的性能，则混合式解决方案是更合适的选择。然而，如果系统要求以较高的代价提供特定的性能，则MMIC解决方案是更好的选择。尽管如此，实践表明，两种设计技术都是宽带条件下的有效选择。


图5：混合MMIC分立式功率放大器的小信号S参数实测值。


图6：混合式解决方案的实测Pout和漏极效率。放大器驱动至3dB压缩点，所用脉冲宽度为100us，占空比为20%。

结论

本文介绍了两种不同的放大器平台，即全集成式MMIC和混合封装式放大器，两者均可在30 ~2700MHz范围内实现领先的性能。其实现方法是在MMIC上运用行波技术，在混合式设计中，则是运用桥接T拓扑结构使晶体管匹配至50Ω。两种技术各有优点，在性能和成本方面各有折衷。