Full W-Band GaN Power Amplifier MMICs Using a Novel Type of Broadband Radial Stub

DOI：10.1109/TMTT.2018.2878725 期刊：IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46

摘要： In this paper, we describe the design of the first reported full W-band (75–110 GHz) power amplifier (PA) monolithic microwave integrated circuits (MMICs) based on gallium nitride technology. The discussed MMICs come in two versions. Over a bandwidth (BW) of 70–110 GHz, the three-stage PA can deliver, on average, 25.6 dBm with a power-added efficiency (PAE) of 6.5%, while the four-stage PA is able to generate 27 dBm with a PAE of 6.1%. A peak output power of 28.6 dBm is achieved at 80 GHz with a PAE of 8.6%, which corresponds to a power density of 2.6 W/mm. The significant BW was achieved partially by incorporating a novel type of broadband radial stub into the design, which can provide nearly a twofold rejection-BW improvement over the conventional version. To the best of our knowledge, no other solid-state circuit can deliver such power levels over the complete W-band.

关键词： monolithic microwave integrated circuit (MMIC) Broadband power amplifier (PA) high-electron-mobility transistor (HEMT) W-band (75–110 GHz) radial stub gallium nitride millimeter-waves (mm-waves)

作者： Maciej ′Cwikli′nski，Dirk Schwantuschke，Sandrine Wagner，Roger Lozar，Christian Friesicke，Peter Brückner，Hermann Ma?ler，Rüdiger Quay，Oliver Ambacher

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研究概述实验方案设备清单

研究目的

Designing the first reported full W-band (75–110 GHz) power amplifier (PA) monolithic microwave integrated circuits (MMICs) based on gallium nitride technology to achieve high power levels over the complete W-band.

研究成果

The paper presents the design and implementation of two PA MMICs that cover the whole W-band with high power, utilizing low-impedance MSLs for reactive matching and a novel type of radial stubs in the dc-bias paths. These measures resulted in PAs that can deliver on average 25.6 dBm (three-stage) and 27 dBm (four-stage) over a 70–110-GHz band, with a peak output power of 28.6 dBm at 80 GHz. The technology enables high RF-power density up to 2.6 W/mm, making wideband 1-W+ MMICs feasible for future applications.

研究不足

The study acknowledges the challenges of using wide microstrip lines (MSLs) due to potential propagation of higher order modes within the band of interest, which limits the minimum realizable impedance level to 17 Ω.

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