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本文档报告了一项关于设计一种用于卫星通信的高效功率放大器（Power Amplifier, PA）的原始研究。研究的主要作者为Chupeng Yi, Yang Lu, Ziyue Zhao, Hengshuang Zhang, Bochao Zhao, Peixian Li, Xiaohua Ma，以及Yue Hao。团队隶属于西安电子科技大学教育部宽禁带半导体材料重点实验室和中国航天科技集团公司西安分院。该研究发表在IEEE Microwave and Wireless Technology Letters杂志上，2023年2月出版。

这项研究的学术背景处于卫星通信技术和系统快速发展的背景中。随着通信频率的逐步提高，为了满足卫星通信系统中对于高效、宽带和小型化功率放大器的需求，研究人员进行了本次设计创新。特别在K波段下行链路中，近年来已经有多项报道的GaAs和GaN单片微波集成电路(MMIC)功率放大器，但很少有能够在整个K波段下行链路中保持高效率。本研究旨在探讨一种覆盖17–24 GHz宽带高效功率放大器的设计方法。

研究的详细流程分为几个步骤。首先，研究中开发了一种使用改进的阻性-反应性混合连续模式的K波段高效功率放大器设计方法。这种方法通过在第二谐波阻抗变为阻性-反应性时增加基频阻抗的实部，降低了小最佳阻抗（Ropt）晶体管的阻抗变换比，从而使得这种模式在这些晶体管上更为实用。为了验证这一理论，研究人员设计并制造了一种工作在17–24 GHz的2×1.2 mm的GaAs pHEMT功率放大器。连续波测量展示了它具有超过0.5 W的饱和输出功率和平均功率附加效率（PAE）为42%。

研究流程的分析阶段包括加权因素增加的Z1 L实部情况。研究者添加了辅因子λ来修改电压波形，从而优化反应性混合模式（res.-rea. HCMs），并减少设计基频匹配网络的困难。通过这些改进的方法，研究人员不仅可以在不降低输出功率的同时增加RE（Z1 L），而且可以实现小型化的输出匹配网络（OMN）设计，以改进功率附加效率。

接下来，研究重点介绍了设计过程中的几项关键实验和测试。由于采用了增大的Z1 L的实部，功率放大器可以使用更少的组件完成基础匹配。最终，研究中采用的操作和测量验证了整个设计方法的可行性，对功率放大器进行了小信号和连续波信号测量。

研究的结果揭示了通过拟议的改进方法，在设计17–24 GHz的GaAs MMIC功率放大器时可以实现超过0.5 W的饱和输出功率和超过42%的平均功率附加效率。这不仅在设计过程中减少了介于基础阻抗匹配和谐波匹配的困难，也在实验中成功验证了整个理论框架。研究团队根据这些数据得出结论，通过加入辅因子λ，阻性-反应性混合模式能够在小Ropt的器件中得到成功应用，并显著降低宽带基础匹配网络设计的难度。

本研究的意义和价值不仅体现在其对卫星通信系统中高效宽带功率放大器设计的直接贡献上，还为如何在高频应用中实现小型高效的电路设计提供了新的思路。这项研究为未来在相关领域的设计提供了理论指导和实用策略，具有重要的科学价值和应用前景。

研究的亮点在于其通过创新的电压波形修正方法，成功解决了以往设计中阻抗变换比过高的问题以及减少了复杂电路设计的必要性。同时，方法的创新性、过程的严谨性及实验结果的可靠性，体现了本研究的重要性。

另外，研究还引用了多个相关领域的文献，为研究的创新设计提供了理论支持，并与当前技术进行了对比，这为相关领域研究进一步延伸提供了可供参考的策略和方法。