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
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.IITE.2025.62-71Từ khóa:
GaN HEMT; Độ rộng cổng; Điện áp thiên áp; Khuếch đại công suất; Băng Ku; WIN NP25; Load-pull.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 phân 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 Gain. Các phép quét load-pull được thực hiện tại tần số 14.25 GHz với các cấu hình gate width từ 2×75 µm đến 6×125 µm. Kết quả cho thấy, với gate width phù hợp, việc lựa chọn điểm thiên áp ở chế độ AB có thể cải thiện đáng kể PAE mà vẫn đảm bảo Pout yêu cầu. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc mở rộng gate width quá mức có thể làm giảm hiệu suất do hiệu ứng tự làm nóng và dòng rò. Bài báo cung cấp hướng dẫn cho việc lựa chọn kích thước bóng bán dẫn và bias tối ưu trong thiết kế PA GaN, đặc biệt phục vụ cho 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.
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).
