功率放大器的负载牵引技术及增益-带宽限制研究
功率放大器输出功率和功率附加效率是其最重要的两个指标，但是由于氮化嫁器件的最大输出功率阻抗和最高效率阻抗并不一致，所以功率放大器的设计就必须尽量做到平衡。
在设计输入匹配电路时，通常是使器件和源端形成共钜匹配，实现最小的回波损耗，但是输出匹配电路则需要进行负载线匹配。
尽管通过共扼匹配能够获得最高的负载端功率，但是在功率放大器的工作过程中，需要考虑功率器件的击穿电压和最大工作电流等限制因素，所以需要进行负载线匹配，使电路对信号源能量的利用率最大化。
只有在输入电流和电压都符合正常工作条件时，才能获得最大的负载功率，对应的输出阻抗如式1所示。
其中Vmax表示信号源的最大承受电压，Imax表示其最大输出电流。
在ADS仿真软件中，该匹配阻抗可以通过负载牵引(LoadPull)模板计算得出。
其原理是根据设置好的输入功率，通过调整端口阻抗，计算出不同的负载阻抗所对应的等输出功率和等效率圆形簇，从而分别得到实现最高输出功率和最高效率所需的阻抗匹配值，然后根据指标要求折中选择设计值。
功率放大器的工作带宽受到匹配网络的限制。
将有源器件的端口阻抗特性等效为集中元件，如图2所示。
Bode-Fano准则给出了在确定负载类型时，能得到的最佳反射系数。表达式如式3所示。
如果假定反射系数在一个限定的范围ω1 到ω2内为最小值Γmin，而范围外反射系数均为1，则最佳反射系数推导式如图4所示。
其中 Qc和 QL 分别表示电路的品质因数和负载的品质因数。
Bode-Fano准则反映了带宽和反射系数之间的约束关系，即增大工作带宽必然会导致反射系数的恶化，从而引起增益的降低。
从推导式还能得出最佳反射系数不可能为0，除非工作带宽取0，所以只能在单个频点实现完美匹配，这也是放大电路指标从中心频率向两边带逐渐下降的原因。
氮化镓HEMT器件具有独特的宽禁带特性，非常适合射频和高功率应用。在毫米波频段，氮化镓材料的特性使大功率、高效率功放成为可能，氮化嫁功率放大器单片微波集成电路(MMIC)是目前研究的热点，而工艺的好坏直接决定了设计的上限，因此设计初期必须对工艺的性能进行仔细分析。
本文采用的是一款 0.15um GaN HEMT工艺，该工艺使用耗尽型0.15um栅长管芯，适用于Ka波段大功率设计。
器件生长在100um SiC衬底上，采用源极耦合场板设计，以提供在高漏极偏压下可靠运行所需的击穿电压。包含两个互连金属层高可靠性MIM电容器和高精度TaN电阻器。
该工艺采用基板通孔进行接地连接并提供可选的晶体管布局，包括内源型的管芯 ISV 和外源型管芯OSV，每个源极焊盘下方具有低电感通孔连接。击穿电压大于100V，最高漏压偏置可达28V，29GHz 处功率密度典型值大于4W/mm，适合毫米波高功率应用。
#把地球的故事讲给宇宙#
