南方科技大学团队在GaN放大功率器件中获得进展

9月25日，南方科技大学深港微电子学院官方公众号发文称，深港微电子学院助理教授方小虎团队在GaN MMIC高效率C波段F类功率放大器和高效率宽带毫米波功率放大器研究领域中取得进展。

高效率C波段F类功率放大器

C波段(4-8 GHz)射频功率放大器是远距离无线能量传输、合成孔径雷达SAR、卫星通信、现代无线通信等系统中的核心器件，其输出功率和效率极大的影响了系统的传输距离、能效比、通信速率、散热设计和成本。

由于这些系统广泛采用大规模有源天线阵列与波束成形技术来提升系统性能，因而在发射机链路中将需要使用成百上千个功放器件。

高能效小体积的功放有助于降低整个有源天线阵列的体积、热设计复杂度和成本，并提升系统可靠性。

因此，提升功放效率并降低功放体积极其重要。论文基于上述的应用背景，提出一种新型高能效输出匹配网络设计方法，该方法能够控制基波阻抗至四次谐波阻抗，在C波段实现高效率的F类功放工作模式。

测试结果表明，应用该方法设计的F类功放能够实现能效比高于70%。

图片来源：拍信网正版图库

高效率宽带毫米波功率放大器

为了实现超高速率无线信息传输，5G毫米波系统需要应用大规模有源天线阵列和波束成形技术，因而对功放(PA)体积、带宽、能耗和输出功率提出了新的要求。

在5G毫米波设计频段(24.25-29.5 GHz)，由于晶体管的寄生参数的影响，导致功放的匹配网络带宽受限于Bode-Fano条件。

传统方法应用多阶LC网络实现宽带的匹配性能，然而这种方式增加芯片面积与电路损耗，降低功放效率。为了解决在功放芯片的面积、带宽和性能之间的折衷问题，论文提出一种宽带设计方法，该方法使用简单的匹配网络，能够补偿晶体管的寄生电容，同时控制二次谐波阻抗，实现在24.5-29.5 GHz的宽带匹配。

一直以来，由于GaN的适用频率上限高，GaN在功率放大器件中的表现极为出彩，后续还有很多广阔的技术空间让人们探索。

根据TrendForce集邦咨询《2023 GaN功率半导体市场分析报告 – Part1》显示，全球GaN功率元件市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金，复合增长率高达65%。

GaN功率元件市场的发展主要由消费电子所驱动，核心仍在于快速充电器，其他消费电子场景还包括D类音频、无线充电等。（来源：南方科技大学）

更多SiC和GaN的市场资讯，请关注微信公众账号：化合物半导体市场。