深入剖析HMC1087F10：2 - 20 GHz 8W GaN MMIC功率放大器

在电子工程领域，功率放大器的性能往往直接影响着整个系统的表现。今天，我们就来深入探讨一款高性能的功率放大器——HMC1087F10，看看它在实际应用中能为我们带来哪些惊喜。

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1. 产品概述

HMC1087F10 是一款 8W 的氮化镓（GaN）单片微波集成电路（MMIC）功率放大器，工作频率范围为 2 - 20 GHz，采用 10 引脚法兰安装封装。这种封装形式不仅便于安装，还能提供良好的散热性能，确保放大器在高功率工作时的稳定性。

氮化镓（GaN）作为一种宽禁带半导体材料，在射频功率放大器领域展现出诸多优势。它具有优异的电子运动性能，其宽能隙使得它能够在高温和高功率密度下工作，并且拥有较高的饱和漂移电子流速和载流子迁移率，可实现更高的功率放大和更低的失真。同时，氮化镓具备高功率密度的特点，禁带宽度较宽，能够承受高功率密度的工作环境，热导率高、热阻低，能快速散热，保障元件在高功率工作时的稳定性。此外，它还能在较高的工作温度下保持稳定，晶格结构稳定，高温下导电性能变化小。

2. 典型应用

该放大器适用于多种领域，包括测试仪器、通用通信、雷达以及电子战/电子对抗（EW/ECM）等。在这些应用场景中，HMC1087F10 能够凭借其高性能为系统提供可靠的功率放大支持。

3. 性能参数

3.1 基本性能

• 高饱和功率（Psat）：典型值为 +39.5 dBm，能够提供较高的输出功率，满足高功率应用的需求。
• 功率增益：在饱和功率下的功率增益为 6.5 dB，小信号增益可达 11 dB，确保信号在放大过程中能够获得足够的增益。
• 高输出三阶交调截点（IP3）：典型值为 +43.5 dBm，这意味着放大器在处理多信号时具有较好的线性度，能够减少信号失真。
• 电源电压：Vdd = +28V，典型电流为 850 mA，这种电源配置在保证放大器性能的同时，也便于与常见的电源系统集成。
• 输入/输出匹配：RF 输入和输出端口均匹配到 50 欧姆，方便与其他 50 欧姆系统进行连接，降低了系统设计的复杂度。

3.2 不同频率范围的性能

频率范围（GHz）	增益（dB）	增益平坦度（dB）	增益随温度变化（dB/°C）	输入回波损耗（dB）	输出回波损耗（dB）	3dB 压缩点输出功率（P3dB，dBm）	3dB 压缩点功率增益（dB）	饱和输出功率（Psat，dBm）	输出三阶交调截点（P3，dBm）	功率附加效率（%）
2 - 12	8 - 11	±0.6	0.014	12	13	38.5	8.5	39.5	43.5	30
12 - 17	7.5 - 10.5	±0.6	0.024	12	12	37.5	7	38.5	42.5	17
17 - 20	7 - 10	±0.7	0.018	12	11	37	6	37.5	42	15

从这些数据可以看出，HMC1087F10 在 2 - 20 GHz 的宽频率范围内都能保持相对稳定的性能，但随着频率的升高，部分性能指标会有所下降。例如，增益和输出功率会逐渐降低，功率附加效率也会减小。这就要求在实际应用中，根据具体的工作频率范围来评估放大器的性能是否满足需求。

4. 绝对最大额定值

为了确保放大器的安全可靠运行，需要了解其绝对最大额定值：

• 漏极偏置电压（Vdd）：最大为 +32Vdc。
• 栅极偏置电压（Vgg）：范围为 -8 到 0 Vdc。
• RF 输入功率（RFIN）：最大为 +34dBm。
• 通道温度：最高可达 225°C，但需要注意散热，避免温度过高影响性能和寿命。
• 最大功耗（T = 85°C）：为 33W，超过 85°C 时需按 236mW/°C 降额。
• 热阻（通道到法兰底部）：为 4.24°C/W，这表明该放大器的散热性能较好，能够快速将热量散发出去。
• 最大正向栅极电流：为 4mA。
• 最大电压驻波比（VSWR）：为 6:1，限制了输入输出端口的反射情况，确保信号传输的稳定性。
• 存储温度：范围为 -65 到 150°C，工作温度范围为 -40 到 85°C，在这个温度区间内，放大器能够正常工作。

在使用过程中，必须严格遵守这些额定值，否则可能会导致放大器损坏或性能下降。例如，如果输入功率超过 +34dBm，可能会对放大器的内部结构造成损坏；而环境温度过高则可能会使放大器的性能不稳定，甚至缩短其使用寿命。

5. 引脚描述

引脚编号	功能	描述	接口示意图
1	Vgg	栅极控制电压，用于控制放大器的工作状态。	RFINO VGGO - W
2,4,5,7,9,10	NC	这些引脚内部未连接，但在测量数据时，需将它们外部连接到 RF/DC 地，以确保测量的准确性。
3	RFIN	射频输入引脚，直流耦合，匹配到 50 欧姆，需要外部阻塞电容。	RFINO VGGOW
6	Vdd	漏极偏置引脚，为放大器提供漏极偏置电压。	RFOUT VDD
8	RFOUT	射频输出引脚，直流耦合，匹配到 50 欧姆，需要外部阻塞电容。	RFOUT VDD
封装底座	GND	封装底座必须安装到合适的散热器上，作为 RF 和 DC 接地，推荐使用 #0 - 80 内六角圆柱头螺钉进行安装。	GND

了解引脚功能和描述对于正确连接和使用放大器至关重要。例如，在连接 RFIN 和 RFOUT 引脚时，必须添加外部阻塞电容，以防止直流信号对放大器造成影响；而封装底座的正确安装则能够保证良好的散热和接地性能。

6. 放大器的开启和关闭程序

6.1 开启程序

1. 将 Vgg 设置为 -5V。
2. 将 Vdd 设置为 +28V。
3. 逐渐增加栅极电压，直到静态漏极电流达到 850 mA。
4. 施加 RF 输入功率。

6.2 关闭程序

1. 移除 RF 输入功率。
2. 将 Vgg 设置为 -5V。
3. 将 Vdd 设置为 0V。
4. 将 Vgg 设置为 0V。

严格按照这些程序进行操作，可以避免放大器在开启和关闭过程中受到损坏，同时也能保证其性能的稳定性。例如，如果在开启过程中没有先设置好 Vgg 和 Vdd 的电压，可能会导致放大器瞬间承受过大的电流或电压，从而损坏内部元件。

7. 评估 PCB

为了方便对 HMC1087F10 进行评估和测试，Analog Devices 提供了评估 PCB（EVAL01 - HMC1087F10）。该评估板使用了 RF 电路设计技术，信号线路具有 50 欧姆的阻抗，并且将封装接地引脚和外露焊盘直接连接到接地平面，同时使用了足够数量的过孔来连接顶层和底层的接地平面，以确保良好的信号传输和接地性能。

评估板上的主要元件包括：

• 连接器：SRI K 连接器（J2、J3）用于 RF 信号输入输出，DC 连接器（J1）用于电源输入，预成型跳线（J4、J5）用于电路连接配置。
• 电容：1 uF 电容（C1 - C6，0602 封装）和 10 uF 电容（C7 - C8，1210 封装）用于滤波和去耦。
• 放大器：HMC1087F10（U1）是评估的核心元件。
• PCB：采用 600 - 00619 - 00 评估 PCB，电路板材料可以选择 Rogers 4350 或 Arlon 25FR。

在使用评估板时，需要根据应用电路的要求添加必要的外部元件，以满足不同的测试和应用需求。例如，如果需要测试不同频率下的性能，可能需要调整输入输出匹配电路中的元件参数。

总结

HMC1087F10 是一款性能优异的 8W GaN MMIC 功率放大器，具有宽频率范围、高饱和功率、高增益和良好的线性度等优点。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和工作条件，合理选择和使用该放大器，并严格遵守其额定值和操作程序。同时，评估 PCB 的提供也为我们的测试和开发工作提供了便利。大家在使用过程中，有没有遇到过类似放大器在不同频率下性能差异较大的情况呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。