等离子体光源高效率F类GaN射频功率放大器设计

来源：系统工程与电子技术杂志2025年第4期北京时间：

作者：王江华, 贾华, 宦维定, 单家芳, 刘甫坤

单位：1. 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026；2. 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 230031

摘要：针对高频工作时功率晶体管效率降低引起等离子体光源发光效率减小的问题, 设计一种基于氮化镓(Gallium Nitride, GaN)高电子迁移率晶体管的高效率F类功率放大器。采用输出匹配网络、寄生补偿网络和谐波控制电路合并为一体的输出网络结构, 考虑GaN晶体管的输出电容、引线电感和漏源电容等寄生参数, 理论分析谐波的输出网络阻抗, 并结合仿真计算对输入输出电路进行匹配和设计, 最终完成放大器的加工和测试。实验结果表明, 当输入功率为33.7 dBm时, 功率放大器在915 MHz下实现了80.1%的漏极效率, 输出功率为240.8 W, 增益为20.1 dB, 验证了所设计方法的有效性。设计的功率放大器对提高等离子体光源的发光效率和降低热能管理成本具有较为实用的价值。

关键词：等离子体光源,F类功率放大器,谐波控制,寄生参数

基金资助：中科合肥智能育种加速器创新研究院攻关项目(NB2023001);国家自然科学基金(11675212)