《用于通信的微波高功率高效 GaN 放大器》《Microwave High Power High Efficiency GaN Amplifiers for Communication》

本教材讨论了通信用微波大功率高效放大器的设计与分析，适合电子与通信工程领域的本科生、研究生、实用电路设计人员和研究人员使用。

本书涵盖了 III-V 族半导体材料以及最适合当前无线通信系统以及即将推出的 4G 和 5G 移动基站所需的微波和毫米波功率放大器的 GaAs 和 GaN 基高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的基础知识。

本书介绍了放大器操作的经典类别（例如 A 类、B 类、AB 类、C 类和 F 类）的设计和分析。涵盖范围扩展到放大器工作的先进类别，例如扩展连续 B 类/J 类和扩展连续F 类放大器操作的可实现宽带、高功率和高效率性能。 本书推导出电路元件和性能参数的解析表达式，以便清楚地理解与功率放大器的实际设计相关所需的知识。

本书的每个主题都补充有合适的示意图、分析表达式和绘图结果，以便读者能够清楚地理解。

现代无线通信系统需要具有良好线性度的宽带微波高功率、高效率放大器，以支持使用高阶调制技术的高数据速率传输。 全球迈向脱碳社会的努力需要高效的微波功率放大器设备。 除此之外，空间使用需要小尺寸和轻重量的系统，以降低总体系统成本。 氮化镓 (GaN) 技术是一种 III-V 族半导体技术，具有空间利用和实现脱碳社会的所有属性，在更高的微波频率下优于其竞争技术 LDMOS。 因此，例如在 5G 和下一代蜂窝基站应用中，GaN 已成为首选的微波和毫米波频率化合物半导体，取代其他高功率和高效率应用。 为了发挥 GaN 半导体的所有优势，需要使用 GaN 器件进行适当的电路设计。

本书讨论了通信用微波高功率、高效率放大器的设计和分析，适合电子和通信工程领域的本科生、研究生、实用电路设计人员和研究人员阅读参考学习。

本教科书将重点介绍 GaN 材料的特性以及基于 GaN 晶体管的微波放大器的设计，这些放大器在不同的工作类别（例如 A 类、B 类、AB 类、F 类和 F-1 类）中运行，适用于各种高功率和高效率应用 。

本书将详细阐述扩展的连续 F 类和 B 类放大器的工作原理，以实现宽带性能并保持更高的功率和更高的效率。 本书还讨论了高功率放大器的各种类型的阻抗匹配技术和热设计技术。 本书的每一章都补充了适当的示意图、解析表达式、绘图结果和求解的数值示例。

  本教科书源自作者在印度空间研究组织（ISRO）空间应用中心为印度国家卫星通信系统设计和开发微波放大器、线性化器和其他微波有源电路的经验。 本书被认为对学生、研究人员和微波功率放大器设计者有用。

氮化镓放大器

1993年，GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）被证明具有优异的直流特性。 随后，GaN 晶体管的射频性能不断改进，并在 4 GHz 下实现了超过 32 W/mm 的功率能力 。 宽带隙 GaN-HEMT 是一种用于微波高功率放大器的新兴场效应晶体管，它将取代目前使用的行波管放大器 (TWTA)，以满足宽带微波通信中的高功率要求。 GaN 的宽带隙能量 (3.4 eV)、AlGaN/GaN 异质结构界面的高沟道电荷密度 (≈10^13/cm^2) 以及较高导热 SiC-on-GaN (GaN沟道的高导热率 :1.7 W/cm-K；SiC衬底的热阻:3.5 W/cm-K)使得该结构能够处理 10 W/mm 栅极宽量级的极高微波功率，具有非常好的热稳定性和经过验证的长期可靠性，适用于微波频段的军事和空间通信应用。 因此，对于相同的射频输出功率要求，使用基于GaN的结构代替其他传统器件可以实现十倍的器件尺寸减小。 较小的器件尺寸可以降低芯片成本，并且通过消除实现所需高射频功率的功率组合成要求来降低系统成本。