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(多图) 可变增益的功率放大器单片微波集成电路

/?? 2014年06月16日 ?? 收藏0
根据电压控制增益电路理论及放大器设计原理,设计制作了一种基于GaAs工艺的可变增益功率放大器单片微波集成电路( MMIC)。采用电路仿真ADS软件进行了原理图及版图仿真,研究了增益控制电路在放大器中的位置对性能的影响。最终实现了在6~9GHz频率范围内,1 dB压缩点输出功率大于33 dBm,当控制电压在-1~0 V之间变化时,放大器的增益在5~40dB之间变化,增益控制范围达到了35 dB。将功率放大器与增益控制电路制作在同一个单片集成电路上,面积仅为3.5 mm×2.3 mm,具有灵活易用、集成度高和成本低的特点,可广泛应用于卫星通信和数字微波通信等领域。

甚小口径终端(verysmall aperture terminal,VSAT)和数字微波通信(也称P2P通信)系统为商用微波无线信息传输系统,具有覆盖范围大、集成化程度高、对所有地点提供相同的业务种类和服容性好、扩容成本低、所需时间短、通信质量好和安装方便的特点。

功率放大器是微波无线信息传输系统的核心元器件,其性能直接影响发射机的作用半径、线性特性以及整个系统的效率,它通常是系统中成本最高的元器件。当代微波无线信息传输系统小型化的趋势越来越明显,这就要求元器件的集成度越来越高。

国外开展商用单片功率放大器研究较早,其中日本Eudyna公司的产品性能较佳,占领的市场份额最大,美国Hittite公司和Triquint公司也在近两年推出了相应的产品。中国在GaAs材料生长和器件研制方面也积极开展了相关的研究工作。

由于该功率放大器应用于商用领域,所以对其性能和成本都有较高的要求,本文通过电路设计,将常规功率放大器的功能进行扩展,增加增益控制功能,能够在实现系统小型化的同时,降低成本,同时,不会影响功率放大器的输出功率和效率等相关指标。

本文采用目前制作微波单片集成电路成熟的GaAs赝高电子迁移率晶体管( pseudomorphic high electron mobility transistor,PHEMT)工艺进行多功能功率放大器的研制,其工艺稳定,成品率高,在缩短研发周期和降低成本方面具有不可替代的地位。本文研制的多功能功率放大器单片集成电路的面积与同样指标的功率放大器面积一样,约为8 mm2,传统室外单元的电压控制可变衰减器(voltage variable attenuator,VVA)的面积约为1.7 mm2,可见文中的多功能功率放大器将芯片面积节省了17.5%,有利于系统的小型化和成本的降低。

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功率放大器? 单片微波集成电路? 可变增益?

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