论文部分内容阅读
输出级功率放大器作为移动通信基站系统中最后的环节，其性能保证了通讯信号的质量。随着通信协议的复杂度也随之提高，这对功率放大器的线性度和工作带宽都是一个严峻的考验，另外功率放大器的效率也与现在倡导的绿色通信息息相关。 本文在这种背景下，利用自主研发的射频横向双扩散金属氧化物半导体(RFLDMOS, Radio Frequency Laterally Double Diffused Metal Oxide Semiconductor)器件和散热法兰实现了功率晶体管以及高性能功率放大器的设计。由于目前国内RF LDMOS功率器件以及散热法兰都已经能够实现批量生产，而国产功率晶体管的最后瓶颈在于性能稳定的管壳商业化一直没有实现，这也成为了阻碍我国通信基站元器件全部国产化的最后瓶颈。本论文的意义是创新性的提出一种新的封装形式，只利用散热法兰作为封装材料，并且兼具了方便灵活，可实现快速定制以及缩小生产成本和提升器件性能等优点，为实现国产功率器件代替并超越国际主流产品的这一重要战略布局奠定基础。目前这种新型的封装设计已经与华为公司共同研发成功，并在900MHz频率实现了量产，本篇论文所研发的功率放大器性能集中体现在2.1GHz频率，并可以作为今后产品在3G以及4G通信频段扩展使用的依据。该论文所包含的工作内容以及创新点如下所示: 1.测试RF LDMOS器件的直流特性和射频特性，在器件增益、功率、效率以及稳定性等方面找出一定的折衷参考，并给出器件结构与工艺的改进方向，最终在总栅宽108mm的器件上实现了2.1GHz132W的饱和功率，功率密度达到了1.2W/mm。 2.对散热法兰使用的材料以及结构进行热仿真，通过分析法兰的热阻以及形变，使用最适合于RF LDMOS器件的设计作为晶体管的封装材料。并且研究管芯的焊接工艺，最终采用金硅共晶焊实现了器件与法兰的结合，保证了器件的射频接地以及良好的散热。 3.以创新性的微组装形式对器件进行封装，并且在封装内部针对器件阻抗设计了输入内匹配电路和输出内匹配电路，提高了源端阻抗以及负载阻抗，并且针对Doherty功率放大器对负载阻抗调制的特殊要求，对内匹配结构进行优化，简化了Doherty结构中的功率合成电路。 4.通过微组装与内匹配实现器件的双胞合成，并且针对功率回退点的效率要求利用对称Doherty结构实现了功率放大器设计。其中对传统Doherty的改进使得功率回退点的效率进一步提升，最终实现了峰值功率处398W的输出功率，57％的漏极效率，以及平均功率处126W的输出功率，45％的漏极效率。