電信行業不斷需要更高的數據速率，工業系統不斷需要更高的分辨率，這助推了滿足這些需求的電子設備工作頻率的不斷上升。許多系統可以在較寬的頻譜中工作，新設計通常也會有進一步增加帶寬的要求。在許多這樣的系統中，人們傾向于使用一個涵蓋所有頻帶的信號鏈。半導體技術的進步使高功率寬帶放大器功能突飛猛進。GaN革命席卷了整個行業，并且可以讓MMIC在幾十種帶寬下生成1 W以上的功率，因此，這個過去由行波管主導的領域已經開始讓步于半導體設備。更短柵極長度的GaAs和GaN晶體管的出現以及電路設計技術的升級，衍生了一些可以輕松操作毫米波頻率的新設備，開啟了幾十年前難以想象的新應用。本文將簡要描述支持這些發展的半導體技術的狀態、實現最佳性能的電路設計考慮因素，還列舉了展現當今技術的GaAs和GaN寬帶功率放大器(PA)

過去幾年，行波管(TWT)放大器一直將更高功率電子設備作為許多這類系統中的輸出功率放大器級。TWT擁有一些不錯的特性，包括千瓦級功率、倍頻程帶寬或者甚至多倍頻程帶寬操作、高效回退操作以及良好的溫度穩定性。TWT也有一些缺陷，其中包括較差的長期可靠性、較低效率，并且需要非常高的電壓（大約1 kV或以上）才能工作。關于半導體IC的長期穩定性，這些年電子設備一直向前發展，首當其沖的就是GaAs。在可能的情況下，許多系統工程師一直努力組合多個GaAs IC，生成大輸出功率。整個公司都完全建立在技術組合和有效實施的基礎之上。進而孕育了許多不同類型的組合技術，如空間組合、企業組合等。這些組合技術全都面臨著相同的命運——組合造成了損耗，幸運的是，并不一定要使用這些組合技術。這激勵我們使用高功率電子設備開始設計。提高功率放大器RF功率的最簡單的方式就是增加電壓，這讓氮化鎵晶體管技術極具吸引力。如果我們對比不同半導體工藝技術，就會發現功率通常會如何隨著高工作電壓IC技術而提高。硅鍺(SiGe)技術采用相對較低的工作電壓（2V至3V），但其集成優勢非常有吸引力。GaAs擁有微波頻率和5 V至7 V的工作電壓，多年來一直廣泛應用于功率放大器。硅基LDMOS技術的工作電壓為28 V，已經在電信領域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發揮作用，因此在寬帶應用中的使用并不廣泛。新興GaN技術的工作電壓為28V至50V，擁有低損耗、高熱傳導基板（如碳化硅，SiC），開啟了一系列全新的可能應用。如今，硅基GaN技術局限于6 GHz以下工作頻率。硅基板相關的RF損耗及其相對SiC的較低熱傳導性能則抵消了增益、效率和隨頻率增加的功率優勢。圖1對比了不同半導體技術并顯示了其相互比較情況。

圖1. 微波頻率范圍功率電子設備的工藝技術對比。

圖2. 多級GaAs功率放大器和等效GaN功率放大器的比較。

蘭格耦合器

實現寬帶寬設計的一種方法就是在RF輸入和輸出端使用蘭格耦合器實現均衡設計，如圖3所示。這里的回波損耗最終取決于耦合器設計，因為這將更容易優化增益和頻率功率響應，并且無需優化回波損耗。即便是在使用蘭格耦合器的情況下，也更難實現倍頻程帶寬，但卻可以讓設計實現不錯的回波損耗。

圖3. 采用蘭格耦合器的均衡放大器。