氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體技術(shù)為提高RF/微波功率放大的性能水平作出了巨大貢獻(xiàn)。 通過降低器件的寄生參數(shù)，以及采用更短的柵極長(zhǎng)度和更高的工作電壓，GaN晶體管已實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率密度、更寬的帶寬和更好的DC轉(zhuǎn)RF效率。 例如，在2014 年，能支持8kW脈沖輸出功率的GaN工藝的X波段放大器已被驗(yàn)證能在雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用中替代行波管（TWT）和TWT放大器。到 2016年，預(yù)計(jì)會(huì)有很多這種支持32kW的固態(tài)GaN工藝的共V領(lǐng)放大器出現(xiàn)。在期待這些放大器的同時(shí)，我們將考察高功率 GaN放大器的一些主要特征和特性。不久前，GaN還是反射頻電子戰(zhàn)（CREW）應(yīng)用的首選技術(shù)，已有成千上萬的放大器交付實(shí)際使用。 現(xiàn)在，該技術(shù)也被部署到機(jī)載電子戰(zhàn)領(lǐng)域，開發(fā)中的放大器能夠在RF/微波范圍的多個(gè)頻帶上提供數(shù)百瓦的輸出功率。多款此系列的寬帶電子戰(zhàn)功率放大器將會(huì)在今年發(fā)布。后續(xù)研究方面包括改進(jìn)高峰均功率比（PAPR）波形的線性度，此類波形被許多軍用通信系統(tǒng)采用，包括通用數(shù)據(jù)鏈（CDL）、寬帶網(wǎng)絡(luò)波形（WNW）、軍用無線電波形（SRW）和寬帶衛(wèi)星通信（satcom）應(yīng)用。 ADI公司的“比特轉(zhuǎn)RF”計(jì)劃將整合公司在基帶信號(hào)處理和GaN功率放大器（PA）技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)。 通過使用預(yù)失真和包絡(luò)調(diào)制等技術(shù)，這種整合將有利于提高PA線性度和效率。過去幾年發(fā)布的GaN器件既有分立式場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET），也有單芯片微波集成電路（MMIC），它們已廣泛用于高功率微波放大器系統(tǒng)。 此類器件有多家晶圓廠和器件制造商可以提供，通常采用100 mm碳化硅（SiC）晶圓制造。 硅上氮化鎵工藝也在考慮當(dāng)中，但硅的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率相對(duì)較差，抵消了其在高性能、高可靠性應(yīng)用中的成本優(yōu)勢(shì)。 這些器件的柵極長(zhǎng)度小至0.2 μm，支持在毫米波頻段工作。 在許多高頻應(yīng)用以及所有低頻應(yīng)用（除對(duì)成本最為敏感的應(yīng)用之外）中，基于GaN的器件已經(jīng)在很大程度上取代了砷化鎵（GaAs）和硅橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）器件。 RF功率放大器設(shè)計(jì)人員關(guān)注GaN器件，因?yàn)樗鼈冎С址浅８叩墓ぷ麟妷海ū菺aAs高三到五倍），并且每單位FET柵極寬度容許的電流大致是GaAs器件的兩倍。 這些特性對(duì)PA設(shè)計(jì)人員有重要意義，意味著在給定輸出功率水平可以支持更高的負(fù)載阻抗。 以前基于GaAs或LDMOS的設(shè)計(jì)的輸出阻抗常常極其低（相對(duì)于50 Ω或75 Ω的典型系統(tǒng)阻抗而言）。 低器件阻抗會(huì)限制可實(shí)現(xiàn)的帶寬，也就是說，隨著放大器件與其負(fù)載之間的阻抗轉(zhuǎn)換比要求提高，元件數(shù)和插入損耗也會(huì)增加。 由于這種高阻抗，此類器件的早期使用者在某些情況下僅將一個(gè)器件安裝在不匹配的測(cè)試夾具中，施加直流偏置，并用RF/微波測(cè)試信號(hào)驅(qū)動(dòng)該器件，便取得了部分成果。由于這些工作特性及其異常高的可靠性，GaN器件也適用于高可靠性空間應(yīng)用。 多家器件供應(yīng)商在225°C或更高的結(jié)溫下進(jìn)行了壽命測(cè)試，結(jié)果表明單個(gè)器件的平均失效前時(shí)間（MTTF）超過一百萬小時(shí)。 如此高的可靠性主要是因?yàn)镚aN具有很高的帶隙值（GaN為3.4，GaAs為1.4）， 這使得它特別適合高可靠性應(yīng)用。擴(kuò)大GaN在高功率應(yīng)用中的使用的主要障礙是其制造成本相對(duì)較高，通常比GaAs高出兩到三倍，比Si LDMOS器件高出五到七倍。 這阻礙了它在無線基礎(chǔ)設(shè)施和消費(fèi)者手持設(shè)備等成本敏感型應(yīng)用中的使用。 現(xiàn)在有了硅上氮化鎵工藝，雖然存在上面提到的性能問題，但這種工藝生產(chǎn)的器件可能最適合成本敏感型應(yīng)用。 在不久的將來，隨著GaN器件制造轉(zhuǎn)向更大尺寸的晶圓（直徑150 mm及更大，目前有多家領(lǐng)先的GaN器件代工廠正在開發(fā)），成本有望降低50%左右。