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用于S波段雷达应用的低成本混合输入匹配GaN晶体管详细资料概述
孙成红
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氮化镓（GaN SiC）技术在高性能RF功率放大器（PAS）中的应用非常广泛。虽然GaN每单位面积的成本仍然高于诸如砷化镓（GaAs）或LDMOS等竞争技术的成本，但该技术已经成熟到每瓦的RF输出功率的晶体管成本低于GaAs。有源相控阵雷达可以包含数百个放大器，因此可以在单个放大器上实现的任何成本降低很快地增加了显著的成本节约。同时，该系统的射频性能是最重要的，利用GaN在SiC晶体管上的功率放大器实现了优异的功率和效率。
Poptk RFI与Qorvo合作设计了QPD1020混合输入匹配的GaN晶体管，其中包括在无源GaAs芯片上实现的内部输入匹配。与一个不完全匹配到50Ω的预匹配晶体管不同，晶体管的输入内部匹配到50Ω。这个晶体管被称为“混合”，因为它使用了两个分开的半导体技术。这种方法提供了GaN的性能和内部输入匹配的便利性，与GaN MMIC相比，成本降低。
QPD1020内部输入匹配是为2.7至3.5千兆赫频率范围设计的。对于S波段雷达应用，仅使用频带的一部分是常见的。因此，输出匹配网络可以在PCB上实现，以允许在期望频带上优化大信号性能以输出功率或效率（或两者之间的折衷）。
QPD1020可以用作有源相控阵雷达系统中的输出级，或者用作高功率输出级的驱动放大器。在2.7至3.1 GHz之间，还优化了输出匹配网络的伴随PA参考设计，并在下文中进行了描述。
混合输入匹配晶体管实现策略
有几种实现GaN功率放大器的实用方法；
这些选项在表1中给出。
GaN MMIC在输入和输出两个内部匹配到50Ω，具有提供最佳RF性能的潜力，特别是在较高的工作频率下，并且需要PCB上的最小空间。然而，它通常是最昂贵的选项考虑，不能优化2不同的操作波段。一个在X波段工作的完全50匹配的单级GaN-PA设计的例子在第1条中被描述。
使用离散封装的GaN晶体管实现的PA通常是最低成本的选择，尽管它也往往是最大的尺寸。使用离散非匹配晶体管设计和实现一系列GaN PAS的例子，在第2章中描述。除了占据大多数PCB空间之外，这种方法还需要客户设计水平的最高水平。
SiC上的GaN的每面积成本不可否认地高于GaAs，特别是当与相对较少的制造步骤的无源GaAs工艺相比时。因此，考虑使用低成本无源GaAs工艺的输入匹配网络和晶体管的高性能GaN工艺是有意义的。这样的复合输入匹配晶体管允许成本显著降低，甚至考虑到在单个封装中安装和粘接两个芯片的更复杂的组装过程，而不牺牲性能。
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