移动通信推动了射频微波半导体器件和电路技术的多项进步。这些进步不仅促成了移动通信革命,也为电路和系统设计人员提供了许多各种各样的用于产品实现的方法和途径。设计人员通过简单地优化GaN集成电路以实现饱和输出功率和更高效率的时代早已过去,今天的电路和系统工程师必须更多地了解产品开发的整个过程。例如器件物理学,建模,表征,电路设计,体系结构和应用,信号调制格式,测量和行业标准等都是成功设计现代接收和传输组件所需的。在许多工程和设计的决定的时候,必须考虑到成本平衡,性能和周期时间以及同时满足具有挑战性的产品规格。具体的例子比如选择最佳的半导体技术,器件特性和建模,电路架构,线性化策略以及整体系统级考虑。微波晶体管建模的重要性来自于晶体管是高频电路中的关键部件,高频电路是现代无线通信系统例如移动设备等的核心。目前,我们正在见证无线通信应用的激增以及晶体管技术的不断进步,这些技术使高频晶体管建模成为人们非常感兴趣的热门话题。此外,GaN HEMT等宽带隙半导体在电路,设计和生产方面都非常出色。与高线性度和高效率功率放大器一样,AlGaN/GaN HEMT将GaN的材料特性与HEMT的工作原理相结合,因此是非常有前途的宽带隙器件。本论文首先通过结合陷阱效应提供了一个改进的Angelov大信号模型,将其添加到CAD工具库中,用于更稳定的电路设计。其次,使用改进的CAD工具为未来的5G移动应用设计功率放大器。最后,还将BPRTD二极管的通用信号模型从指数型转换为2D型材料RTD的正切双曲线型。本论文第一部分介绍了大信号模型的Angelov提取方法。并描述了 GaN HEMT晶体管提取参数的顺序,最后在CAD库中实现了晶体管模型来设计高功率放大器。第一部分还介绍了用于小型和大型信号分析的去嵌入技术。本论文的第二部分着重介绍一种新的Angelov模型,用于提取GaN HEMT晶体管大信号模型的直流部分,具有陷阱效应和自热效应。现有的Angelov模型缺乏陷阱效应。与市场上现有的模型如EEHEMT,Stratz和Angelov提取方法相比,这种表现出良好的准确性和稳定性。将改进的Angelov模型提取方法与Angelov旧的方法进行了比较,后者仅有自热效应和频散现象,但没有陷阱效应。最后,利用陷阱影响修正了 Angelov漏极电流方程,给出了具有陷阱效应的大信号模型的新概念。在论文第三部分中,介绍了 Doherty功率放大器设计,使用新的大信号模型以及较早的Angelov大信号模型,以实现高PAE,高线性功率和5G应用的增益。在论文第四部分,通过指数变换,建立了更符合实际结果的正切双曲线函数以表示二维材料黑磷BP的模型。总之,本论文主要内容为,采用具有陷波效应的增强型Angelov GaN HEMT大信号模型来设计用于未来无线5G通信的功率放大器。
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