深港微电子学院方小虎课题组在TMTT杂志发表2项新研究成果

2024-03-05 科研聚焦 浏览量：4146

近日，南方科技大学深港微电子学院助理教授方小虎团队在线性毫米波GaN单片集成Doherty功率放大器和宽带无开关G类放大器研究领域中取得进展，相关研究成果分别以“A Linear Millimeter-Wave GaN MMIC Doherty Power Amplifier With Improved AM-AM and AM-PM Characteristics”和“Switchless Class-G Power Amplifiers: Generic Theory and Design Methodology Using Packaged Transistors”为标题发表于微波毫米波电路设计领域顶级期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques。这两项工作部分均由国家自然科学基金委，深圳市科技创新委员会，深圳市南山科技局，南科大本科教学质量与教育改革项目联合资助。

线性毫米波GaN单片Doherty功率放大器

毫米波技术不断进步是推进新的通信系统和商用市场演进的内在驱动力，5G毫米波系统将大量部署于24.25-29.5 GHz(N257和N258频段)，并应用相控阵技术实现Gbit/s高速无线数据传输。然而，由于功放工作在大信号区域，存在严重的非线性失真问题，直接应用数字预失真技术(DPD)将会增加通信系统的硬件复杂度与成本。为了解决功率放大器的非线性失真问题，论文提出一种基于复数至实数的Doherty阻抗调制方式，通过辅助放大器的电流注入下，从而在合路网络产生非线性的幅度与相位补偿特性，从而补偿Doherty放大器的非线性特性。测试结果表明，在400MHz 5G NR FR2 64QAM的信号激励下，该Doherty放大器能够实现低于-34 dB的ACPR和2.8%的EVM。

图1：毫米波功放芯片照片与测试结果

方小虎团队方小虎助理教授为论文第一作者，博士生石杰为第二作者，南科大为论文第一通讯单位。   

宽带无开关G类放大器

随着先进通讯技术的不断发展，对无线传输速率的追求要求通讯系统广泛应用高频谱利用效率的数字调制模式，这使得发射机中传输的信号呈现出高均峰比的特性。另外，多种通讯系统（4G，5G）并存的现状，也要求发射机能够兼容不同频段、多种模式的信号高性能发射，这些系统需求要求现代基站功放能够支持多频带、宽频带工作并实现高的回退效率。无开关的G类放大器(SLCG)不仅可以在宽带范围内实现较高的回退效率，并且相对于传统的G类功放，可以避免在开关切换时效率的陡然变化。通过对无开关G类放大器工作模式的理论分析，论文提出了一种能够应用于商用封装晶体管的SLCG设计方法，最终在1-3GHz范围内实现在饱和、6dB、7.5dB回退处分别为47.8-57.7%，45.4-51.2%，39.2-49.1%的回退效率。

图2：芯片照片与测试结果

方小虎团队方小虎助理教授为论文第一作者，硕士生陈瑞源为第二作者，南科大为论文第一通讯单位。

相关论文链接：

X. Fang, J. Shi, C. Wei, Y. Duan, P. Li and Z. Wang, "A Linear Millimeter-Wave GaN MMIC Doherty Power Amplifier With Improved AM-AM and AM-PM Characteristics," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, doi: 10.1109/TMTT.2023.3349206. (https://ieeexplore.ieee.org/

document/10403646)

X. Fang, R. Chen and J. Shi, "Switchless Class-G Power Amplifiers: Generic Theory and Design Methodology Using Packaged Transistors," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, doi: 10.1109/TMTT.2024.3351852. (https://ieeexplore.ieee.org/document/10406210)