模拟技术中的PHEMT MMIC功率放大器设计与实现

0  引  言 　　随着微波通信技术的发展，人们对通信系统的要求越来越高，比如小型化、可靠性等，微波单片集成电路(MMIC)凭借小型紧凑、稳定性好、抗干扰能力强、批量生产成本低和产品性能一致性好等特点成为军事电子对抗及民用通信系统最具吸引力的选择。赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)具有增益、噪声、功率方面更加良好的特性，成为微波与毫米波单片集成电路和超高速数字集成电路领域最具竞争力的有源器件之一，当前，PHEMT MMIC研究已经成为MMIC研究的一大热点。本文的功率放大器便是采用PHEMT工艺技术，设计要求工作频段在3～4 GHz左右，其工作带宽要求大于500 MHz，要求信号线性特性好 【模拟技术中的PHEMT MMIC功率放大器设计与实现】 在现代微波通信技术的快速发展背景下，微波单片集成电路（MMIC）因其诸多优势，如小型化、高稳定性、抗干扰性强、批量生产成本低以及性能一致性好，成为了军事和民用通信系统的核心组成部分。MMICs尤其在军事电子对抗和民用通信中备受青睐。其中，赝配高电子迁移率晶体管（PHEMT）因其在增益、噪声系数和功率输出方面的优异性能，成为了微波与毫米波领域的重要有源器件。 PHEMT MMIC功率放大器是本文关注的重点。设计的目标是在3至4 GHz的频段内工作，要求工作带宽大于500 MHz，确保良好的信号线性特性，同时要求频带内增益平坦度平滑，以保证电路的稳定工作性能。理想情况下，功率增益应达到约30 dB。 在器件选择上，文章提到了TRANSCOM公司的PHEMT MMIC功放单片TC3331。这款器件是一款两级功率放大器，工作频率范围为3.3至3.8 GHz，具有500 MHz的带宽，P-1dB输出功率为30 dBm，功率增益为30 dB，工作电压7 V，电流700 mA。其输入驻波比的最大值为2:1。采用正负电压偏置方式，有利于提高功率效率并降低源极反馈的影响，确保放大器的稳定性。 直流偏置电路设计是功率放大器设计的关键环节。为了保护器件并在正确的工作条件下运行，通常先给栅极提供直流偏置，然后给漏极提供。在MMIC设计中，直流偏置电路不仅需要隔离射频信号，还要提供适当的偏置电压和电流。文章采用了MAXIM公司的MAX881R提供负电压，并利用IRF9540N高速开关器件控制功放单片的供电。这种时序偏置电路设计能够确保器件的安全启动和稳定工作。 考虑到电磁兼容性（EMC），设计了功放屏蔽盒来限制微波辐射信号的影响。屏蔽盒的设计需要避免在工作频率以下产生波导效应，以防止微波辐射对电路性能的干扰。通过计算矩形波导的截止频率，确定了屏蔽盒的尺寸，以防止内部产生不必要的波导传播，从而影响放大器的增益平坦度和潜在的自激振荡问题。 总结来说，PHEMT MMIC功率放大器设计涉及到多方面的技术，包括PHEMT器件的优势应用、合理的直流偏置电路设计以保证放大器性能和稳定性，以及针对电磁兼容性的屏蔽措施。这一设计过程充分体现了模拟技术在微波通信领域的复杂性和精细度。