Qorvo公司新推出的增強(qiáng)型mmWave Spatium放大器可在緊湊型包絡(luò)中提供出色的組合效率和帶寬，適用于衛(wèi)星地面基站、5G基礎(chǔ)設(shè)施、雷達(dá)和電子戰(zhàn)等高性能應(yīng)用。

憑借其最新的GaN MMIC技術(shù)，射頻Qorvo開發(fā)出了兩款mmWave Spatium產(chǎn)品，且兩款產(chǎn)品都實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)：

QPB2731：可在27-31 GHz的頻率范圍下提供100 W輸出功率。

QPB3238：可在32-38 GHz的頻率范圍下提供100 W輸出功率。

這兩款固態(tài)功率放大器(SSPA)可處理連續(xù)波(CW)、脈沖和調(diào)制射頻波形，且具有兩個(gè)偏置選項(xiàng)，以滿足應(yīng)用需求。

與先前的Spatium技術(shù)一樣，mmWave Spatium采用了層壓天線結(jié)構(gòu)，這樣就可以在準(zhǔn)橫向電磁(TEM)同軸環(huán)境中整合16個(gè)元件。理論上，這使得SSPA的功率比每個(gè)MMIC的功率高出12 dB。

在構(gòu)建放大器之前，Qorvo設(shè)計(jì)了一個(gè)無(wú)源結(jié)構(gòu)，用于評(píng)估組合網(wǎng)絡(luò)的性能，以在不使用MMIC的情況下，復(fù)制放大器射頻路徑。在輸入端，射頻信號(hào)通過(guò)2.92 mm母連接器進(jìn)入，然后在一個(gè)超大的同軸區(qū)域內(nèi)以物理方式擴(kuò)展為層壓、端射天線陣列，該陣列將射頻信號(hào)分成16等分信號(hào)，每個(gè)信號(hào)都有一條連接到MMIC輸入端的微帶傳輸線（參見圖1）。

然而，在無(wú)源結(jié)構(gòu)中，微帶傳輸線連接至另一個(gè)在輸入端實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)的層壓天線陣列。在大多數(shù)情況下，大功率放大器(HPA)的輸出需要具有適當(dāng)功率處理能力的輸出連接，如WR28波導(dǎo)。這種無(wú)源測(cè)試結(jié)構(gòu)的輸出端使用了一個(gè)2.92 mm母連接器，用于與標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)寬帶連接。

每個(gè)層壓件都被焊接到鍍銀銅制葉片上，當(dāng)沿著主軸觀察時(shí)，形成一個(gè)1/16楔形。

核心層壓材料選擇使用AGC TaconicTLY-5Z，因?yàn)樵摬牧暇哂休^低的介電常數(shù)(εr=2.2)和相對(duì)較低的介電損耗角正切（10 GHz頻率下為tanδ=0.0015），有助于實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)的寬帶、低損耗性能。

盡管無(wú)源層壓件上的金屬噴鍍覆蓋了一層符合IPC要求的浸鍍銀，以防止銅氧化，但放大器設(shè)計(jì)通常使用黃金噴鍍，以兼容MMIC上的金線焊件。

圖2 無(wú)源組件插入損耗(a)和回波損耗(b)的模擬值與測(cè)量值比較。

該無(wú)源結(jié)構(gòu)采用ANSYS HFSS進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。無(wú)源結(jié)構(gòu)插入損耗和回波損耗的模擬值與測(cè)量值比較如圖2所示。

雖然測(cè)量值（紅線）與模擬值（藍(lán)線）之間存在很小的偏差，但總的說(shuō)來(lái)兩者之間的相關(guān)性比較高，且所觀察到的性能可用于放大器開發(fā)。插入損耗測(cè)量值反應(yīng)了整個(gè)射頻路徑的損耗，即輸入和輸出損耗。在SSPA中，MMIC朝輸出方向布置，這樣50%以上的微帶傳輸線在MMIC之前。因此，輸出插入損耗的合理估計(jì)值為0.67 dB，可實(shí)現(xiàn)86%的組合效率。

圖3 QPA2211(a)和TGA2222(b)的典型輸出功率和PAE。

在QPB2731設(shè)計(jì)中，Qorvo公司的QPA2211 GaN MMIC被選作HPA。QPA2211專為提供14 W飽和輸出功率和5 W線性CW輸出功率，在CW運(yùn)行條件下可實(shí)現(xiàn)34%功率附加效率(PAE)（參見圖3）。在QPB3238N設(shè)計(jì)中，TGA2222 GaN MMIC被選作RF HPA；其指定的CW飽和輸出功率為40.2 dBm，32-38 GHz頻率范圍內(nèi)的PAE為22.3%，裸片背面溫度為25°C（參見圖3）。這兩個(gè)器件均采用了Qorvo公司的0.15μm SiC襯底GaN生產(chǎn)工藝(QGaN15)。

圖4 在25°C鉗位溫度條件下，QPB2731(a)和QPB3238(b)的輸出功率和漏極效率測(cè)量值。

圖4顯示的是25°C鉗位溫度條件下，QPB2731和QPB3238 SSPA的輸出功率和漏極效率測(cè)量值。請(qǐng)注意，裸片和SSPA數(shù)據(jù)之間的熱參考點(diǎn)差異。采用CW信號(hào)在飽和功率條件下運(yùn)行時(shí)，自熱可能會(huì)提高裸片背面溫度，使其高于SSPA鉗位溫度50°C以上。因此，圖3和圖4顯示的并不是“一對(duì)一”比較；盡管如此，從圖中可以看出，在組合各個(gè)MMIC的功率后，mmWave Spatium平臺(tái)表現(xiàn)良好。

為便于系統(tǒng)集成，Qorvo為mmWave Spatium產(chǎn)品提供了兩個(gè)偏置選項(xiàng)。第一種選項(xiàng)采用單獨(dú)的偏置卡，可通過(guò)SSPA進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，包含可根據(jù)操作環(huán)境完全定制放大器的微控制器（參見圖5a）。第二種選項(xiàng)集成度更高，從而可實(shí)現(xiàn)更緊湊的外形設(shè)計(jì)（參見圖5b）。

這兩種解決方案都可提供GaN MMIC所需的時(shí)序控制和柵極電壓控制，所以用戶只需在電源連接器處施加基本電壓即可為SSPA供電。

原文標(biāo)題：Qorvo GaN PA可在27–31和32–38GHz頻率范圍中提供100W輸出功率

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