Tối ưu hóa kích thước và điện áp thiên áp nâng cao hiệu năng bộ khuếch đại MMIC công suất cao sử dụng công nghệ GaN

Journal of Military Science and Technology - Số IITE - Trang 62-71 - 2025
Luu Thi Thu Hong1, Nguyen Ngoc Thai1, Nguyen Van Tien2, Tran Thi Thu Huyen3
1Institute of Information Technology and Electronics, Academy of Military Science and Technology
2Military Technical Academy
3Institute of Defense Equipment, Academy of Military Science and Technology

Tóm tắt

Bài báo trình bày phương pháp tối ưu hóa điện áp thiên áp và kích thước bóng bán dẫn nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi công suất (PAE) và công suất đầu ra trong bộ khuếch đại công suất cao sử dụng công nghệ GaN MMIC. Sử dụng mô phỏng với bóng bán dẫn MP2500S trên nền tảng công nghệ WIN NP25 trong phần mềm ADS, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phần tích ảnh hưởng của các mức điện áp VGS, VDS và kích thước cực cổng khác nhau đến các chỉ tiêu PAE, công suất đầu ra và hệ số khuếch đại. Các kết quả mô phỏng và phần tích được áp dụng cho bộ khuếch đại đường lên thông tin vệ tinh (14 ÷ 14.5 GHz) với các cấu hình độ rộng cổng từ 2 x 75 µm đến 8 x 125 µm. Các kết quả chỉ ra rằng, với độ rộng cổng phù hợp, sự lựa chọn điểm làm việc ở chế độ AD có thể cải thiện đáng kể hiệu năng PAE trong khi vẫn đảm bảo công suất ra Pout. Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi kích thước cổng quá lớn có thể làm giảm hiệu năng mạch do hiệu ứng bẫy, các dòng dò kí sinh và hiệu ứng tự làm nóng. Bài báo đề xuất một phương pháp phân tích lựa chọn kích thước bóng bán dẫn và điểm thiên áp tối ưu trong thiết kế GaN PA, đặc biệt là các ứng dụng yêu cầu công suất lớn và hiệu suất cao trong băng tần Ku (12 ÷ 18 GHz). Nghiên cứu này đóng góp vào việc nâng cao hiệu năng của GaN HEMT trong các ứng dụng điện tử công suất.

Từ khóa

#GaN HEMT; Gate width; Bias voltage; Power amplifier; Ku_band; WIN NP25; Loadpull.

Tài liệu tham khảo

[1]. Kim, J. “A Review of Ku-Band GaN HEMT Power Amplifiers Development,” Micromachines, 15, 1381, (2024). https://doi.org/10.3390/mi15111381

[2]. Chakravarti, M.; Varma, K. Y.; Dutta, A. “Ku-Band GaN High Power Amplifier,” 2023 IEEE Microwaves, Antennas, and Propagation Conference (MAPCON), Ahmedabad, India, pp. 1–4, (2023). doi: 10.1109/MAPCON58678.2023.10463857

[3]. Parisi, A.; Papotto, G.; Nocera, C.; Castorina, A.; Palmisano, G. “A Ka-Band Doherty Power Amplifier in a 150 nm GaN-on-SiC Technology for 5G Applications,” Electronics, 12, 3639, (2023).

[4]. Yu, H.; Duan, T. “Gallium Nitride Power Devices,” Pan Stanford Publishing, pp. 250–270, (2017).

[5]. Camargo, E. “Millimeter-Wave GaN Power Amplifier Design,” Artech House, (2022).

[6]. Faqir, M. et al. “Analysis of current collapse effect in AlGaN/GaN HEMT: Experiments and numerical simulations,” Microelectronics Reliability, 50, (2018).

[7]. Cripps, S. C. “RF Power Amplifiers for Wireless Communications – Second Edition,” Artech House, pp. 92–129, (2006).

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Military Science and Technology

Số IITE

62-71

Thông tin tác giả