一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路,包括輸入級匹配子電路、第一級晶體管放大子電路、第一二級間匹配子電路、第二級晶體管放大子電路、第二三級匹配子電路、第三級晶體管放大子電路、輸出級匹配子電路,全部電路在一片芯片內實現。各級子電路內部布局呈上下對稱結構。通過采用pHEMT晶體管作為晶體管放大子電路的核心器件并利用片內功率分配與合成的設計方法,提高了放大電路的輸出功率。本單片電路可應用于點對點通信發射組件的Ka頻段功放模塊。
【專利說明】一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及通信和測控領域的一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路。
【背景技術】
[0002]高功率Ka頻段的功率放大單片電路作為微波毫米波通信系統的重要組成部分,主要應用于通信和測控領域。目前,Ka頻段的功率放大單片電路由于頻段高、損耗大,單顆芯片的輸出功率較低。為了獲得大功率輸出的功放模塊,需將多片功放單片放置在一個模塊或組件中,但這樣會造成功放模塊或組件的體積過大、芯片散熱不良、增益惡化等問題。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是:提供一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路,采用砷化鎵集成電路工藝完成,該電路能夠提供4W的單片功率輸出。在功放模塊中采用該電路,可減少功放模塊的功率合成次數和合成損耗,在保證功放電路增益的同時,提高了輸出功率。
[0004]本實用新型所采取的技術方案為:
[0005]一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路,其特征在于包括:
[0006]輸入級匹配子電路,用于對輸入信號進行四路等功率分配;同時對第一級晶體管放大子電路中的晶體管輸入阻抗進行轉換;
[0007]第一級晶體管放大子電路,用于對輸入級匹配子電路輸出的四路信號進行功率放大;
[0008]第一二級間匹配子電路,用于實現第一級晶體管放大子電路與第二級晶體管放大子電路的阻抗匹配,同時將第一級晶體管放大子電路輸出的四路信號平均分配給八個輸出端;
[0009]第二級晶體管放大子電路,用于對第一二級間匹配子電路輸出的八路信號進行功率放大,并輸出給第二三級間匹配子電路;
[0010]第二三級間匹配子電路,用于實現第二級晶體管放大子電路與第三級晶體管放大子電路的阻抗匹配,同時將第二級晶體管放大子電路輸出的八路信號平均分配給十六個輸出端;
[0011]第三級晶體管放大子電路,用于對第二三級間匹配子電路輸出的十六路信號進行功率放大,并輸出給輸出級匹配子電路;
[0012]輸出級匹配子電路,用于將第三級晶體管放大子電路中的晶體管的輸出阻抗進行轉換,同時對第三級晶體管放大子電路輸出的十六路信號進行等功率合成為一路信號輸出。
[0013]其中,所述的第一級晶體管放大子電路、第二級晶體管放大子電路和第三級晶體管放大子電路均由PHEMT晶體管構成,每個晶體管的源極接地,漏極接本級輸出端,柵極接本級輸入端。[0014]其中,所述的第二三級間匹配子電路包括四路子匹配電路,每路子匹配電路由預匹配電路、主匹配電路和后級匹配電路組成。
[0015]本實用新型與【背景技術】相比,具有如下優點:
[0016](I)該電路工作頻段高,輸出功率大,采用AB型電路結構,線性度高,解決了目前Ka頻段功放單片電路輸出功率小的問題。
[0017](2)本實用新型能夠在電路芯片內部最大限度的提高功率放大電路的輸出功率,將該電路芯片應用于功放模塊后可明顯減小模塊體積,便于集成應用,降低模塊成本。
[0018](3)由于該電路采用芯片內功率合成,與片外功率合成方法相比,該電路具有更高的增益和更小的損耗,因此功放的效率得到提高。
[0019](4)電路中各級匹配子電路的設計分別針對電路的增益、效率和功率進行設計,第二三級間匹配子電路采用預匹配與主匹配相結合的方法實現最大效率輸出。整體電路在保證增益的如提下,同時實現了最聞功率和最聞效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是高功率Ka頻段功率放大單片電路原理圖
[0021]圖2是第二三級間匹配子電路內部電路示意圖
【具體實施方式】
[0022]本實用新型采用如圖1的實施方式,該電路圖中從左向右依次為:輸入級匹配子電路Ml、第一級晶體管放大子電路Al、第一二級間匹配子電路M2、第二級晶體管放大子電路A2、第二三級間匹配子電路M3、第三級晶體管放大子電路A3、輸出級匹配子電路M4。電路左端為輸入級In,右端為輸出級Out。實施例按圖1連接線路。
[0023]輸入級匹配子電路,用于對輸入信號進行四路等功率分配;同時對第一級晶體管放大子電路中的晶體管輸入阻抗進行轉換;第一級晶體管放大子電路,用于對輸入級匹配子電路輸出的四路信號進行功率放大;第一二級間匹配子電路,用于實現第一級晶體管放大子電路與第二級晶體管放大子電路的阻抗匹配,同時將第一級晶體管放大子電路輸出的四路信號平均分配給八個輸出端;第二級晶體管放大子電路,用于對第一二級間匹配子電路輸出的八路信號進行功率放大,并輸出給第二三級間匹配子電路;第二三級間匹配電路,用于實現第二級晶體管放大子電路與第三級晶體管放大子電路的阻抗匹配,同時將第二級晶體管放大子電路輸出的八路信號平均分配給十六個輸出端;第三級晶體管放大子電路,用于對第二三級間匹配子電路輸出的十六路信號進行功率放大,并輸出給輸出級匹配子電路;輸出級匹配子電路,用于將第三級晶體管放大子電路中的晶體管的輸出阻抗進行轉換,同時對第三級晶體管放大子電路輸出的十六路信號進行等功率合成為一路信號,并進行輸出。
[0024]所述的輸入級匹配子電路Ml、第一二級間匹配子電路M2、第二三級間匹配子電路M3、輸出級匹配子電路M4均由微帶線、電阻、電容構成,所述的第一級晶體管放大子電路Al內部包含4個pHEMT晶體管,每個晶體管柵極面積參數相同,均為8 X 40um2,所述的第二級晶體管放大子電路A2內部包含8個pHEMT晶體管,每個晶體管柵極面積參數相同,均為8 X 65um2,所述的第三級晶體管放大子電路A3內部包含16個pHEMT晶體管,每個晶體管柵極面積參數相同,均為8 X 65um2。
[0025]所述的第二三級間匹配子電路M3內部采用縱向四組對稱設計,如圖2所示,每組包含三個部分,兩路信號輸入、四路輸出,其中,M3_l、M3_4、M3_7、M3_10為結構相同的預匹配電路,M3_2、M3_5、M3_8、M3_11為結構相同的主匹配電路,M3_3、M3_6、M3_9、M3_12為結構相同的后級匹配電路。信號從A2級晶體管漏級輸出,經過預匹配電路進入主匹配電路,在主匹配電路內部實現功率分配,經過后級匹配電路輸出至A3的晶體管的柵極。
[0026]實施例中,輸入級匹配子電路Ml由微帶線、電阻、電容構成,左側有一個輸入端In,作為電路的信號輸入端口 ;右側有四個輸出端,分別與第一級晶體管放大子電路Al的四個輸入端相連。第一級晶體管放大子電路Al包括4個相同參數的pHEMT晶體管,其功能是對輸入的四路信號進行功率放大,每個晶體管的源極通過通孔接到砷化鎵襯底的背面與地連接,每個晶體管的柵極作為輸入端與輸入級匹配子電路Ml輸出端連接,每個晶體管的漏極作為本級輸出端與第一二級間匹配子電路M2的輸入端連接。第一二級間匹配子電路M2的四個輸入端與第一級晶體管放大子電路Al的輸出端連接,第一二級間匹配子電路M2的八個輸出端與第二級晶體管放大子電路A2的輸入端連接。第二級晶體管放大子電路A2包括8個相同參數的pHEMT晶體管,每個晶體管的源極通過通孔接到砷化鎵襯底的背面與地連接,每個晶體管的柵極作為輸入端與第一二級間匹配子電路M2的輸出端連接,每個晶體管的漏極作為本級輸出端與第二三級間匹配子電路M3的輸入端連接。第二三級間匹配子電路M3的八個輸入端與第二級晶體管放大子電路A2的輸出端連接,第二三級間匹配子電路M3的十六個輸出端與第三級晶體管放大子電路A3的輸入端連接。第三級晶體管放大子電路A3包括16個相同參數的pHEMT晶體管,每個晶體管的源極通過通孔接到砷化鎵襯底的背面與地連接,每個晶體管的柵極作為輸入端與第二三級間匹配子電路M3的輸出端連接,每個晶體管的漏極作為輸出端與輸出級匹配子電路M4的輸入端連接。輸出級匹配子電路M4是將第三級晶體管放大子電路A3中晶體管的輸出阻抗轉換到50歐姆,以便電路右側輸出端口與外部電路進行匹配,同時對第三級晶體管放大子電路A3提供的十六路信號進行等功率合成。輸出級匹配子電路M4由微帶線、電阻、電容構成,左側有十六個輸入端,作為第三級晶體管放大子電路A3十六路信號的輸入端口 ;右側有一個輸出端,作為本電路的功率輸出端口 Out。
【權利要求】
1.一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路,其特征在于包括: 輸入級匹配子電路,用于對輸入信號進行四路等功率分配;同時對第一級晶體管放大子電路中的晶體管輸入阻抗進行轉換; 第一級晶體管放大子電路,用于對輸入級匹配子電路輸出的四路信號進行功率放大; 第一二級間匹配子電路,用于實現第一級晶體管放大子電路與第二級晶體管放大子電路的阻抗匹配,同時將第一級晶體管放大子電路輸出的四路信號平均分配給八個輸出端,并進行輸出; 第二級晶體管放大子電路,用于對第一二級間匹配子電路輸出的八路信號進行功率放大,并輸出給第二三級間匹配子電路; 第二三級間匹配子電路,用于實現第二級晶體管放大子電路與第三級晶體管放大子電路的阻抗匹配,同時將第二級晶體管放大子電路輸出的八路信號平均分配給十六個輸出端,并進行輸出; 第三級晶體管放大子電路,用于對第二三級間匹配子電路輸出的十六路信號進行功率放大,并輸出給輸出級匹配子電路; 輸出級匹配子電路,用于將第三級晶體管放大子電路中的晶體管的輸出阻抗進行轉換,同時對第三級晶體管放大子電路輸出的十六路信號進行等功率合成為一路信號,并進行輸出。
2.根據權利要求1所述的一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路,其特征在于:所述的第一級晶體管放大子電路、第二級晶體管放大子電路和第三級晶體管放大子電路均由pHEMT晶體管構成,每個晶體管的源極接地,漏極接本級輸出端,柵極接本級輸入端。
3.根據權利要求1所述的一種高功率Ka頻段的功率放大單片電路,其特征在于:所述的第二三級間匹配子電路包括四路子匹配電路,每路子匹配電路由預匹配電路、主匹配電路和后級匹配電路組成。
【文檔編號】H03F1/02GK203617972SQ201320869519
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】季曉燕, 宋瑞良, 廖春連, 許仕龍, 田素雷, 李斌, 溫曉伶 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所