K波段高功率放大器MMIC設(shè)計(jì)

陸雨茜，陳華康，高 博，龔 敏

（四川大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610065）

1 引言

隨著無線通信的發(fā)展，相對(duì)較低波段的利用率已經(jīng)趨于飽和，低頻段頻率的擁擠促使電路設(shè)計(jì)逐漸向高頻段發(fā)展。在K波段(18～27 GHz)，隨著本地多點(diǎn)通信系統(tǒng)(LMDS)和防撞雷達(dá)等應(yīng)用的發(fā)展和微電子工藝技術(shù)的成熟，毫米波單片電路的需求越來越大[1]。除此之外，K波段在工業(yè)界、科學(xué)界以及醫(yī)療界都有應(yīng)用，該波段適用于高數(shù)據(jù)傳輸速率、近距離雷達(dá)系統(tǒng)以及自動(dòng)車載雷達(dá)等[2]。

隨著微電子工藝技術(shù)的發(fā)展，GaAs功率器件的發(fā)展十分迅速，它們具有高頻特性好、可靠性高、功率密度高、線性度高、體積小[3]等特征。GaAs pHEMT采用多種不同的材料層合成，采用InGaAs層作為溝道材料，AlGaAs和InGaAs在界面處通過勢(shì)阱形成二維電子氣（2DEG），如圖1所示。與傳統(tǒng)的HEMT相比，二維電子氣的遷移率高，平均飽和速度高，使得pHEMT的頻率特性與功率特性都得到了提高[4]。

圖1 pHEMT結(jié)構(gòu)示意圖

本文所設(shè)計(jì)的GaAs MMIC功率放大器采用截止頻率為60 GHz的0.25 μm GaAs pHEMT工藝，通過有耗匹配和三級(jí)級(jí)聯(lián)放大等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)。工藝采用TaN金屬膜電阻、重疊式MIM（M1/Si3N4/M2）電容器、空氣橋連接和背面通孔等技術(shù)。

2 功率放大器電路設(shè)計(jì)

微波功率放大器在設(shè)計(jì)過程中需要將多種設(shè)計(jì)因素考慮在內(nèi)，相較于小信號(hào)放大器，功率放大器在要求較高輸出功率的同時(shí)，對(duì)電路的增益及附加工作效率也有一定要求，設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。末級(jí)器件的總柵寬根據(jù)電路所要求的輸出功率加以確定，保證足夠功率輸出的同時(shí)兼顧效率[5]。……