射頻HBT功率放大器熱效應(yīng)研究.pdf

1、砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管（GaAs HBT）在高頻時具有功率密度大、線性度好、效率高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于射頻功率放大器(RFPA)的設(shè)計。近年來，RFPA的集成度日益增強導(dǎo)致功率密度不斷上升。而GaAs材料導(dǎo)熱系數(shù)小，放大器因而產(chǎn)生嚴(yán)重的熱效應(yīng)，致使HBT晶體管溫度上升，其器件電學(xué)性能發(fā)生變化，從而惡化射頻功率放大器的功率輸出特性，成為制約其進一步發(fā)展的瓶頸。迫切需要對射頻HBT功率放大器的熱效應(yīng)機理、相關(guān)電熱耦合模型以及電路設(shè)計方法展開深

2、入研究，這對設(shè)計功率輸出特性良好的射頻HBT功率放大器具有重要意義。
　　本文從射頻HBT功放電路芯片熱設(shè)計思路出發(fā)，詳細研究了射頻功放的熱傳導(dǎo)機制、GaAs HBT晶體管溫控特性及并聯(lián)多管電熱耦合關(guān)系等熱效應(yīng)問題，揭示了功放熱效應(yīng)的內(nèi)在機理，建立了精確的分布式熱電耦合模型，提出了熱電性能均改善的自適應(yīng)功率單元技術(shù)，并優(yōu)化了放大器版圖結(jié)構(gòu)，完成了一款高性能射頻功率放大器芯片的設(shè)計。論文主要創(chuàng)新成果如下:
　　1、建立了分布式

3、電熱耦合模型，指出功率放大器實際工作中晶體管的溫度呈非均勻分布特性，且溫度分布特性取決于晶體管熱源（直流功耗）大小及散熱環(huán)境（所處位置、指間距等）優(yōu)劣，這為功放熱設(shè)計提供理論參考。
　　2、提出了自適應(yīng)功率單元技術(shù)，基于該技術(shù)，功放中的晶體管在工作過程中可隨輸入功率的增加逐漸打開，功放效率高，晶體管平均直流功耗減小，從而熱源減小，可有效抑制晶體管溫升，改善熱效應(yīng)。
　　3、提出了采用鎮(zhèn)流電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)自適應(yīng)功率單元技術(shù)，基于鎮(zhèn)

4、流電阻的負反饋作用，改善了放大器的非線性特性。
　　4、優(yōu)化了自適應(yīng)功放的版圖結(jié)構(gòu)，在不改變電氣連接條件下將鎮(zhèn)流電阻小的晶體管置于散熱條件好的外側(cè)，而鎮(zhèn)流電阻大的晶體管置于散熱條件差的內(nèi)側(cè)，并將指間距設(shè)計成由外向內(nèi)逐漸減小的趨勢，使晶體管溫度曲線呈現(xiàn)均勻且低值的分布特性。
　　5、基于AWSC2μm GaAs HBT工藝設(shè)計了一款2.4GHz射頻功放。在5V的電源電壓條件下，輸出功率為32dBm，效率達48％，與傳統(tǒng)放大器相