功率放大器的負載牽引技術及增益-帶寬限制研究
功率放大器輸出功率和功率附加效率是其最重要的兩個名額，但是由于氮化嫁器件的最大輸出功率阻抗和最高效率阻抗并不一緻，是以功率放大器的設計就必須盡量做到平衡。
在設計輸入比對電路時，通常是使器件和源端形成共钜比對，實作最小的回波損耗，但是輸出比對電路則需要進行負載線比對。
盡管通過共扼比對能夠獲得最高的負載端功率，但是在功率放大器的工作過程中，需要考慮功率器件的擊穿電壓和最大工作電流等限制因素，是以需要進行負載線比對，使電路對信号源能量的使用率最大化。
隻有在輸入電流和電壓都符合正常工作條件時，才能獲得最大的負載功率，對應的輸出阻抗如式1所示。
其中Vmax表示信号源的最大承受電壓，Imax表示其最大輸出電流。
在ADS仿真軟體中，該比對阻抗可以通過負載牽引(LoadPull)模闆計算得出。
其原理是根據設定好的輸入功率，通過調整端口阻抗，計算出不同的負載阻抗所對應的等輸出功率和等效率圓形簇，進而分别得到實作最高輸出功率和最高效率所需的阻抗比對值，然後根據名額要求折中選擇設計值。
功率放大器的工作帶寬受到比對網絡的限制。
将有源器件的端口阻抗特性等效為集中元件，如圖2所示。
Bode-Fano準則給出了在确定負載類型時，能得到的最佳反射系數。表達式如式3所示。
如果假定反射系數在一個限定的範圍ω1 到ω2内為最小值Γmin，而範圍外反射系數均為1，則最佳反射系數推導式如圖4所示。
其中 Qc和 QL 分别表示電路的品質因數和負載的品質因數。
Bode-Fano準則反映了帶寬和反射系數之間的限制關系，即增大工作帶寬必然會導緻反射系數的惡化，進而引起增益的降低。
從推導式還能得出最佳反射系數不可能為0，除非工作帶寬取0，是以隻能在單個頻點實作完美比對，這也是放大電路名額從中心頻率向兩邊帶逐漸下降的原因。
氮化镓HEMT器件具有獨特的寬禁帶特性，非常适合射頻和高功率應用。在毫米波頻段，氮化镓材料的特性使大功率、高效率功放成為可能，氮化嫁功率放大器單片微波內建電路(MMIC)是目前研究的熱點，而工藝的好壞直接決定了設計的上限，是以設計初期必須對工藝的性能進行仔細分析。
本文采用的是一款 0.15um GaN HEMT工藝，該工藝使用耗盡型0.15um栅長管芯，适用于Ka波段大功率設計。
器件生長在100um SiC襯底上，采用源極耦合場闆設計，以提供在高漏極偏壓下可靠運作所需的擊穿電壓。包含兩個互連金屬層高可靠性MIM電容器和高精度TaN電阻器。
該工藝采用基闆通孔進行接地連接配接并提供可選的半導體布局，包括内源型的管芯 ISV 和外源型管芯OSV，每個源極焊盤下方具有低電感通孔連接配接。擊穿電壓大于100V，最高漏壓偏置可達28V，29GHz 處功率密度典型值大于4W/mm，适合毫米波高功率應用。
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