氮化鎵技術的不斷進步促使設備在更高的功率、電源電壓和頻率下工作。

如圖1所示， Qorvo的QPD1013晶體管采用0.50 μm GaN-on-SiC技術。它采用具有成本效益的6.6x7.2 mm DFN（雙邊扁平無引腳）封裝，與傳統的金屬陶瓷封裝相比，可以實現更簡單的PCB組裝。

盡管Qorvo的GaN晶體管效率非常高，但考慮到高RF功率電平意味著即使是高效的PA，晶體管也將具有顯著功耗。由于晶體管是SMT組件，因此需要仔細設計PCB以優化熱性能。已經對兩種方法進行了評估，并報告了兩者的結果。

第一種方法在晶體管的接地焊盤下使用覆銅孔陣列，第二種方法使用銅幣技術。銅幣是在制造期間嵌入到PCB中的一塊實心銅（通常稱為金屬塊），以允許從晶體管到安裝了PCB的載體的有效熱傳遞。許多PCB制造商都具有覆銅孔技術經驗，但射頻頻率下的銅幣技術還未成熟。

晶體管測量

該設計使用以20mil厚度的Rogers RO4350組裝的樣品晶體管的大信號和小信號測量值。晶體管靜態偏置為65V，240mA。

圖 2 顯示了三個不同晶體管隨頻率變化的最大可用增益 （MAG），這清楚地表明非常好的單元間一致性。雖然QPD1013表現出的增益超過6GHz，但出于實用性考慮，它最適合在最高約3.5GHz下工作。

最大增益（3 臺設備）最大增益 （dB） 頻率 （GHz）

負載牽引測量值顯示，當以10%的占空比和100 μs脈沖寬度工作時，晶體管可提供超過52dBm 160 W） 的RF輸出功率，效率約為70%。此負載牽引數據被用作PA大信號設計的基礎。

功率放大器設計

PA設計的起點是使晶體管在整個工作頻段內無條件保持穩定。必須首先確保帶內的穩定性，這通過在RF輸入端納入RC穩定網絡來實現。串聯電阻消耗的功率對于傳統SMT組件來說過高，所以使用了來自IMS的高功率氮化鋁電阻。放大器需要在-40°C以下的所有頻率中無條件保持穩定，以使放大器在較廣的溫度范圍內工作。通過在偏置饋電點添加適當的RC去耦 （可在設計過程中稍后添加），可以大大提高低頻段穩定性。

由Qorvo提供的初始負載牽引數據用于確定1.2GHz至1.8GHz之間輸出功率和漏極效率的最佳負載阻抗。QPD1013在某些負載條件下可提供高達200W的功率，但還需要仔細考慮工作效率，以確保晶體管的工作溫度可以接受。選擇導致最高漏極效率的負載阻抗作為由輸出匹配網絡呈現的目標阻抗。相應的RF輸出功率電平仍然很高，并且更高的效率確保了可接受的熱性能。

輸出匹配網絡利用帶通拓撲來滿足目標負載阻抗。高工作電壓和高RF功率電平對粗心的設計師構成潛在陷阱。保持RF軌道足夠寬以避免由于非常高的RF功率電平引起的溫度過高和潛在破壞，這非常重要。必須仔細選擇匹配電容以具有足夠的擊穿電壓，從而承受具有足量Q的直流加RF電壓擺幅，以避免過多的功耗和效率降低。

使用Keysight Momentum對輸出匹配網絡的金屬件進行平面EM仿真，并結合O805 SMT組件的嵌入式高頻模型模擬多端口S參數塊。圖3 顯示了輸出匹配網絡電路的混合EM/原理圖。

模擬負載阻抗針對圖4中標準化為10 Ω的史密斯圓圖上的目標進行繪制。在提供的負載牽引輪廓（未示出）上覆蓋模擬負載曲線，表明將滿足目標功率和效率值。

S（3，3） QPD1013_Opt_Zload_v1..S（1，1）

頻率（1.200GHz 至 1.9000GHz）

輸出網絡的模擬插入損耗如圖 5 所示。

輸出匹配網絡損耗來自PCB介質中的傳輸線損耗和SMT組件損耗。在這些輸出功率電平下，即使是零點幾dB的損耗也將達到幾瓦特的耗散功率，這顯著降低了總體PA效率。

圖6 EM模擬輸入匹配

輸入匹配網絡采用低通架構。IMS氮化鋁電阻用于柵極穩定性網絡。這些可以消耗幾瓦的功率，這使得PA能夠承受在P-3dB壓縮下操作PA所需的10至20W的高輸入驅動電平。圖6顯示了輸入匹配網絡，其模擬方式與輸出匹配網絡相同。

可以看出，輸入和輸出匹配網絡的布局都包括感應回路和焊盤，以便在制造后調整PA性能。最后，這些都是不需要的，而唯一的制造后修改是對電容值的小改動。

PA的模擬小信號性能如圖7所示。說明了寬帶寬和平坦增益與頻率響應。