基于CGH40010的射频放大器的设计
摘要： 本设计主要为实现一款宽带射频放大器，该放大器以频率响应很宽的传输线作为负载，可以将低功率射频信号转化为较高功率的信号，然后将信号馈送到天线上辐射出去，是通信系统中的核心器件。设计目标通常包括增益，功率输出，带宽，功率效率，线性度（额定输出时的低信号压缩），输入和输出阻抗匹配以及散热。本设计应用CGH40010芯片作为核心，使设计的宽带射频放大器可以正常使用。
关键词：宽带射频放大器、功率、阻抗、CGH40010
- 射频放大器研究的背景和意义
随着集成电路的发展，芯片集成度越来越高，性能越来越好，各类电子产品也随之进入千家万户，无线通信得以广泛地渗入到人们的日常生活中，比如：个人消费、远程办公、国家安全等方方面面。射频放大器是各种无线发射机的重要组成部分，被普遍地应用在无线通信、定位导航、卫星通信等系统中。许多现代射频放大器以不同的模式工作，称为“类”，以帮助实现不同的设计目标。一些类是A类，AB类，B类，C类，其被认为是线性放大器类。在这些类中，有源器件用作受控电流源。输入端的偏置决定了放大器的等级。功率放大器设计的一个普遍平衡是效率和线性之间的权衡，这样使先前命名的类变得更有效。将有源器件作为开关操作可以获得更高的效率，理论上高达100％，但线性度更低。
在射频信号链中，功率放大器是位于发射机信号链电路和天线之间的有源元件，如图所示。它通常是单个分立元件，其中一个元件的要求和参数不同于大部分发送链以及接收器电路。
射频放大器的基本功能是采用低功率射频信号，因为具有数据编码和调制功能，并且处于所需频率，便能将其信号强度提升到设计所需的水平。该功率水平可以是从几毫瓦到几十，几百或几千瓦的任何值。放大器不会改变信号的形状，格式或模式，但“仅”放大它。射频功率放大器的基本应用包括驱动另一个高功率源，驱动发射天线和激励微波腔谐振器。 在这些应用中，驱动发射器天线是众所周知的。 发射器 - 接收器不仅用于语音和数据通信，还用于天气传感（以雷达的形式）。
- 国内外研究概况
随着射频器件的发展和射频技术的日益提升，推动了射频功率放大器的发展。射频放大电路的核心是射频晶体管。自1947年12月在贝尔实验室William Shockley发现双极晶体管BJT开始，硅双极晶体管就开始应用于微波射频领域。到1966年，第一个金属半导体场效应管被发明，其良好的极高频性能在1967年展现出来，此时相比于硅双极晶体管已经有了更快的速度，但造价相对也更高。再到80年代的异质结双极晶体管（HBT）和90年代的高电子迁移率晶体管（HEMT）的相继研发成功，射频晶体管和射频微带电路相结合便构成了微带混合集成电路（HMIC）。工艺和技术的日益发展使设计更好更高性能的射频放大器成为可能。
本设计使用的CGH40010芯片属于GaN HEMT器件，随着人类对无线系统要求的提升，越来越多的国内外研究人员对GaN HEMT器件进行研究和探索。
（1）2010 年，Paul Saad[1]等人设计高效的2-4 GHz倍频程带宽GaN-HEMT功率放大器。利用源牵引和负载牵引仿真技术得出最优情况下的宽带源阻抗和负载阻抗值，并且为晶体管设计宽带匹配电路。大信号测量结果表明，在1.9-4.3 GHz范围内，可获得9-11 dB的功率增益和57％-72％的漏极效率，而相应的功率附加效率（PAE）为50％-62％。此外，在频带上保持高于10W的输出功率。使用20 MHz长期演进信号进行线性化调制测量，峰均比为11.2 dB，平均PAE为27％和25％，相邻信道泄漏比为-44和-42 dBc，分别为2.5和3.5GHz。
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