Разработка импульсного силового усилителя мощности на GaN HEMT диапазона X мощностью 40 Вт

В статье представлена систематическая разработка импульсного силового усилителя мощности на GaN HEMT диапазона X (9–10 ГГц) мощностью 40 Вт. Разработка включает исследование прибора, верификацию разработанных согласующих цепей и измерения изготовленного усилителя мощности. Сначала методом нагрузочного измерения (load-pull) определяются оптимальные входные и выходные импедансы выбранного кристалла GaN HEMT производства TriQuint Semiconductor Inc. Выбранный GaN HEMT характеризуется чрезвычайно низкими оптимальными импедансами, которые определяются методом load-pull с предварительным согласованием из-за ограниченного диапазона настройки импеданса традиционных импедансных тюнеров. Предложен новый метод извлечения оптимальных импедансов с использованием универсальных схем предварительного согласования. Полученные оптимальные импедансы близки к значениям, рассчитанным с использованием крупносигнальной модели, предоставленной TriQuint Semiconductor. На основе оптимальных импедансов согласующие цепи усилителя мощности разработаны с применением комбинированной топологии трансформатора импеданса на основе электромагнитного (ЭМ) совместного моделирования. Размеры изготовленного усилителя мощности составляют 15 × 17,8 мм²; его коэффициент полезного действия превышает 45%, коэффициент усиления по мощности составляет 7,7–9,9 дБ, а выходная мощность — 47–44,8 дБм при частоте 9–10 ГГц, длительности импульса 10 мкс и скважности 10%.