Qorvo公司新推出的增強型mmWave Spatium放大器可在緊湊型包絡中提供出色的組合效率和帶寬，適用于衛(wèi)星地面基站、5G基礎設施、雷達和電子戰(zhàn)等高性能應用。

憑借其最新的GaN MMIC技術，射頻Qorvo開發(fā)出了兩款mmWave Spatium產(chǎn)品，且兩款產(chǎn)品都實現(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，且具有兩個偏置選項，以滿足應用需求。

與先前的Spatium技術一樣，mmWave Spatium采用了層壓天線結(jié)構，這樣就可以在準橫向電磁(TEM)同軸環(huán)境中整合16個元件。理論上，這使得SSPA的功率比每個MMIC的功率高出12 dB。

在構建放大器之前，Qorvo設計了一個無源結(jié)構，用于評估組合網(wǎng)絡的性能，以在不使用MMIC的情況下，復制放大器射頻路徑。在輸入端，射頻信號通過2.92 mm母連接器進入，然后在一個超大的同軸區(qū)域內(nèi)以物理方式擴展為層壓、端射天線陣列，該陣列將射頻信號分成16等分信號，每個信號都有一條連接到MMIC輸入端的微帶傳輸線（參見圖1）。

然而，在無源結(jié)構中，微帶傳輸線連接至另一個在輸入端實現(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功率處理能力的輸出連接，如WR28波導。這種無源測試結(jié)構的輸出端使用了一個2.92 mm母連接器，用于與標準網(wǎng)絡分析儀實現(xiàn)寬帶連接。

每個層壓件都被焊接到鍍銀銅制葉片上，當沿著主軸觀察時，形成一個1/16楔形。

核心層壓材料選擇使用AGC TaconicTLY-5Z，因為該材料具有較低的介電常數(shù)(εr=2.2)和相對較低的介電損耗角正切（10 GHz頻率下為tanδ=0.0015），有助于實現(xiàn)天線結(jié)構的寬帶、低損耗性能。

盡管無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，但放大器設計通常使用黃金噴鍍，以兼容MMIC上的金線焊件。

圖2 無源組件插入損耗(a)和回波損耗(b)的模擬值與測量值比較。

該無源結(jié)構采用ANSYS HFSS進行設計和分析。無源結(jié)構插入損耗和回波損耗的模擬值與測量值比較如圖2所示。

雖然測量值（紅線）與模擬值（藍線）之間存在很小的偏差，但總的說來兩者之間的相關性比較高，且所觀察到的性能可用于放大器開發(fā)。插入損耗測量值反應了整個射頻路徑的損耗，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值為0.67 dB，可實現(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設計中，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運行條件下可實現(xiàn)34%功率附加效率(PAE)（參見圖3）。在QPB3238N設計中，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量值。請注意，裸片和SSPA數(shù)據(jù)之間的熱參考點差異。采用CW信號在飽和功率條件下運行時，自熱可能會提高裸片背面溫度，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“一對一”比較；盡管如此，從圖中可以看出，在組合各個MMIC的功率后，mmWave Spatium平臺表現(xiàn)良好。

為便于系統(tǒng)集成，Qorvo為mmWave Spatium產(chǎn)品提供了兩個偏置選項。第一種選項采用單獨的偏置卡，可通過SSPA進行遠程操作，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）。第二種選項集成度更高，從而可實現(xiàn)更緊湊的外形設計（參見圖5b）。

這兩種解決方案都可提供GaN MMIC所需的時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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責任編輯：haq