一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器，所述电容cap1、cap2并联在电路的输入端，电容cap1、cap2之间设置有电感构成第一变压器，所述第一变压器通过中心抽头将偏置电流In加载到晶体管Q2、Q3的基极，所述晶体管Q2、Q3、Q4、Q5构成一对共源共栅结构，从而形成差分结构，所述电容cap3、cap4并联在电路的输出端，所述电容cap3、cap4之间设置有电感构成第二变压器，所述晶体管Q4、Q5的基极加载有偏置电压Vb，所述晶体管Q4、Q5的集电极通过第二变压器的中心抽头加载有工作电压VCC。本发明专利技术功率放大器工作于A类，采用差分单级放大的cascode结构，利用变压器匹配方式和有源电流镜偏置方式，实现了优良的输入和输出匹配性能。芯片面积较小，易于集成。

【技术实现步骤摘要】
一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器
本专利技术涉及一种W波段功率放大器，尤其涉及的是一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器。
技术介绍
相控阵系统广泛应用于雷达和通信系统中，用于波束形成和扫描。相比于传统的机械扫描雷达通过转动天线改变波速的相位，相控阵雷达具有扫描精度高、速度快、抗干扰能力强、高可靠性等优点。有源相控阵雷达的主要部件是T/R组件，在T/R组件的各个电路模块中，功率放大器由于功耗大，面积大，因此成为决定整个T/R组件成本和性能的关键模块。W波段的功放，由于寄生效应更加明显，其输出功率和效率一直是困扰无线通信走向高频的瓶颈。目前，毫米波功率放大器采用的工艺主要有三五族化合物砷化镓、硅和锗硅工艺。三五族化合物具有高的电子迁移率，可以获得优良的功率性能，但价格昂贵，难以集成；硅基CMOS工艺具有低功耗、低价格、高集成度的优点，但在高频和高功率输出上性能有限；锗硅SiGeBiCMOS结合了高集成度、高功率、高特征频率的优势，价格相对适中，在无线通信系统上具有较好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：现有技术中结构过于复杂，寄生效应明显，输出功率和效率得不到提高，提供了一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括晶体管Q2、Q3、Q4、Q5，电容cap1、cap2、cap3、cap4；所述电容cap1、cap2并联在电路的输入端，电容cap1、cap2之间设置有电感构成第一变压器，所述第一变压器通过中心抽头将偏置电流In加载到晶体管Q2、Q3的基极，所述晶体管Q2、Q3、Q4、Q5构成一对共源共栅结构，从而形成差分结构，所述电容cap3、cap4并联在电路的输出端，所述电容cap3、cap4之间设置有电感构成第二变压器，所述晶体管Q4、Q5的基极加载有偏置电压Vb，所述晶体管Q4、Q5的集电极通过第二变压器的中心抽头加载有工作电压VCC。所述晶体管Q4、Q5的偏置电压Vb上连接有基极去耦电容cap5。所述共源共栅结构为：晶体管Q2、Q3并联后，晶体管Q2的集电极连接到晶体管Q4的发射极，晶体管Q3的集电极连接到晶体管Q5的发射极，晶体管Q4、Q5并联后接入到第二变压器。所述W波段功率放大器连接有偏置电路，所述偏置电路包括电流镜Q0、Q1、偏置显示lbias、偏置电流In和工作电压VCC，所述偏置电流In连接到电流镜Q0的基极，电流镜Q0的集电极连接到电流镜Q1的基极，电流镜Q0的发射极接地，所述电流镜Q1的的发射极通过电阻R1接地，电流镜Q1的集电极连接到输入电压，所述偏置电流In上连接有用于接地的电容cap0，偏置显示lbias的两端分别连接在工作电压VCC和电流镜Q0的集电极。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术功率放大器工作于A类，采用差分单级放大的cascode结构，利用变压器匹配方式和有源电流镜偏置方式，实现了优良的输入和输出匹配性能。芯片面积较小，易于集成。附图说明图1是本专利技术的设计流程图；图2是本专利技术偏置电路原理图；图3是本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图2和图3所示，本实施例包括晶体管Q2、Q3、Q4、Q5，电容cap1、cap2、cap3、cap4；所述电容cap1、cap2并联在电路的输入端，电容cap1、cap2之间设置有电感构成第一变压器，所述第一变压器通过中心抽头将偏置电流In加载到晶体管Q2、Q3的基极，所述晶体管Q2、Q3、Q4、Q5构成一对共源共栅结构，从而形成差分结构，所述电容cap3、cap4并联在电路的输出端，所述电容cap3、cap4之间设置有电感构成第二变压器，所述晶体管Q4、Q5的基极加载有偏置电压Vb，所述晶体管Q4、Q5的集电极通过第二变压器的中心抽头加载有工作电压VCC。所述晶体管Q4、Q5的偏置电压Vb上连接有基极去耦电容cap5。所述共源共栅结构为：晶体管Q2、Q3并联后，晶体管Q2的集电极连接到晶体管Q4的发射极，晶体管Q3的集电极连接到晶体管Q5的发射极，晶体管Q4、Q5并联后接入到第二变压器。在W波段，由于各种寄生效应更加明显，很难达到很大的输出功率，因此采用差分结构，提高输出电压摆幅，从而提高输出功率。差分结构中采用虚拟地最小化电路中的接地路径，以此可以提高小信号增益，另一个优点是提高电压余量，从而提高输出电压摆幅。晶体管Q2和Q4，Q3和Q5分别构成一对cascode结构，形成差分结构。差分结构能够有效地抑制共模干扰。transformer1、cap1、cap2构成输入匹配网络，将阻抗匹配到100Ω，transformer2、cap3、cap4构成输出匹配网络，将100Ω匹配到最佳负载阻抗，以实现最大功率传输。所述W波段功率放大器连接有偏置电路，所述偏置电路包括电流镜Q0、Q1、偏置显示lbias、偏置电流In和工作电压VCC，所述偏置电流In连接到电流镜Q0的基极，电流镜Q0的集电极连接到电流镜Q1的基极，电流镜Q0的发射极接地，所述电流镜Q1的的发射极通过电阻R1接地，电流镜Q1的集电极连接到输入电压，所述偏置电流In上连接有用于接地的电容cap0，偏置显示lbias的两端分别连接在工作电压VCC和电流镜Q0的集电极。由于Q1提供的负反馈和Q0提供的高的直流电压增益，因此偏置电路的输出阻抗非常低。通过调节电阻R1可满足晶体管所需要的偏置电流。偏置电流通过变压器的中心抽头加载到晶体管的基极。由于采用变压器匹配的方式，采用了传输线电感等无源器件，版图中寄生电感的影响对电路性能的影响已经不能忽略，因此有必要采用电磁仿真工具对版图性能进行仿真。在具体设计过程中将版图分割为有源部分和无源部分，对于有源部分采用目前常规的寄生参数提取工具calibre，对于无源部分采用电磁仿真工具sonnet进行验证。本实施例的功率放大器基于IBMSiGeBiCMOS8HP工艺，提供了2种双极型NPNHBT晶体管，分别为高压管和高速管。晶体管并联的数目对于功率放大器的输出功率和线性度的影响至关重要，直接影响功放的匹配。并联晶体管的数目由输出功率决定，并联晶体管的数目越多，发射极的总面积就越大，输出功率就越高。但是，随着晶体管并联数目的增多，晶体管的输入和输出阻抗减小，增加了阻抗变换比，带来了匹配难度，而匹配引入的插损又会影响输出功率。因此在设计时需要折中选取晶体管并联的数目。首先由输出功率的计算公式求出最大集电极电流Imax，再根据工艺厂家提供的集电极电流密度来计算所需要的发射极面积，进而就可以确定晶体管并联的数目。本实施例所采用的晶体管的尺寸为0.12um*4um，并联晶体管的数目为1。电路的输入和输出均采用的是变压器匹配的方式，可以提高电路共模的稳定性。通过调节变压器两端的电容就能达到输入输出匹配的目的，操作方便有效。图1所示，由于采用变压器匹配的方式，采用了传输线电感等无源器件，版图中寄生电感的影响对电路性能的影响已经不能忽略，因此有必要采用电磁仿真工具对版图性能进行仿真。在具体设计过程中将版图分割为有源部分和无源部分，对于有源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器，其特征在于，包括晶体管Q2、Q3、Q4、Q5，电容cap1、cap2、cap3、cap4；所述电容cap1、cap2并联在电路的输入端，电容cap1、cap2之间设置有电感构成第一变压器，所述第一变压器通过中心抽头将偏置电流In加载到晶体管Q2、Q3的基极，所述晶体管Q2、Q3、Q4、Q5构成一对共源共栅结构，从而形成差分结构，所述电容cap3、cap4并联在电路的输出端，所述电容cap3、cap4之间设置有电感构成第二变压器，所述晶体管Q4、Q5的基极加载有偏置电压Vb，所述晶体管Q4、Q5的集电极通过第二变压器的中心抽头加载有工作电压VCC。

【技术特征摘要】
1.一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器，其特征在于，包括晶体管Q2、Q3、Q4、Q5，电容cap1、cap2、cap3、cap4；所述电容cap1、cap2并联在电路的输入端，电容cap1、cap2之间设置有电感构成第一变压器，所述第一变压器通过中心抽头将偏置电流In加载到晶体管Q2、Q3的基极，所述晶体管Q2、Q3、Q4、Q5构成一对共源共栅结构，从而形成差分结构，所述电容cap3、cap4并联在电路的输出端，所述电容cap3、cap4之间设置有电感构成第二变压器，所述晶体管Q4、Q5的基极加载有偏置电压Vb，所述晶体管Q4、Q5的集电极通过第二变压器的中心抽头加载有工作电压VCC。2.根据权利要求1所述的一种用于相控阵雷达的W波段功率放大器，其特征在于，所述晶体管Q4、Q5的偏置电压Vb上连接有基极去耦电容cap5。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锐，李庄，陶小辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34