带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带谐波匹配结构的高阻抗变换比、极低末级匹配损耗的高效率功率放大器电路拓扑结构，包括依次连接的匹配单元一、第一级场效应晶体管Q1、匹配单元二、第二级场效应晶体管Q2、匹配单元三、第三级场效应晶体管Q3、匹配单元四。本实用新型专利技术拓扑结构采用3级放大，级间利用高阻抗变换比电路拓扑实现超过1:4的高级间推动比，末级利用超低损耗电路拓扑结构实现极低的末级匹配损耗（理论最小匹配损耗小于0.35dB，实际末级匹配损耗小于0.45dB，相较于传统匹配结构损耗减小0.2dB以上），在满足功率输出的前提下，可实现超高效率性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构


[0001]本技术是一种带谐波匹配结构的高阻抗变换比、极低末级匹配损耗的高效率功率放大器电路拓扑结构，属于高效率功率放大器
，尤其涉及一种K
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Ka波段高效率GaN功率放大器。

技术介绍

[0002]微波毫米波功率放大器为放大器电路的一种，在整个微波毫米波电子线路中居于十分突出的重要地位。随着我国社会与国民经济的不断发展进步，固态微波毫米波功率器件有着非常广阔的应用前景，如汽车防撞雷达、测试测绘雷达、无人驾驶、5G移动通信、卫星互联网等现阶段火热的无线通信发展方向都离不开高性能的微波毫米波功率放大器。
[0003]在MMIC功率放大器中，阻抗变换的本质是匹配网络，用来实现功率放大器的特定性能指标，最常见的是最大传输功率或最大传输效率，往往由电容、电感、电阻的组合来实现最佳的匹配效果。通过设计放大器级间的高阻抗变换比匹配电路网络，可提高前后级之间的功率推动比并降低级间匹配损耗，同时控制末级匹配电路拓扑实现最低的输出匹配损耗，进而有效提升放大器的效率等性能。传统的电路匹配拓扑结构中，还未发现既能满足高阻抗变换比又能有效实现最低末级匹配损耗的拓扑结构，因此，需要设计一种简单有效的高阻抗变换比、低匹配损耗的高效率功率放大器电路拓扑结构。
[0004]通过应用此电路拓扑结构设计功率放大器芯片，能够有效提升阻抗变换比，提高前后级之间的功率推动比，降低级间匹配损耗并实现最低的输出匹配损耗，对提升放大器芯片的效率等指标起着关键性的特殊作用。
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技术实现思路

[0005]本技术提出的是一种带谐波匹配结构的高阻抗变换比、极低末级匹配损耗的高效率功率放大器电路，目的在于实现K
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Ka波段窄带、中等功率（2W
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6W）、小电流、高效率GaN放大器指标，尤其适用于车载、机载、星载等能源供应受限的应用场景使用。
[0006]本技术的技术解决方案：
[0007]带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构包括匹配单元一、匹配单元二、匹配单元三、匹配单元四、第一级场效应晶体管Q1、第二级场效应晶体管Q2、第三级场效应晶体管Q3、栅极偏置电压VG和漏极偏置电压VD，所述匹配单元一信号输出端连接第一级场效应晶体管Q1栅极，第一级场效应晶体管Q1漏极连接匹配单元二信号输入端，匹配单元二信号输出端连接第二级场效应晶体管Q2栅极，第二级场效应晶体管Q2漏极连接匹配单元三信号输入端，匹配单元三信号输出端连接第三级场效应晶体管Q3栅极，第三级场效应晶体管Q3漏极连接匹配单元四信号输入端；所述第一级场效应晶体管Q1、第二级场效应晶体管Q2、第三级场效应晶体管Q3的源极均接地；第一级场效应晶体管Q1的栅极经匹配单元一连接栅极偏置电压VG；第二级场效应晶体管Q2的栅极经匹配单元二连接栅极偏置电压VG；第三级场效应晶体管Q3的栅极经匹配单元三连接栅极偏置电压VG；第一级场效应晶体管Q1
的漏极经匹配单元二连接漏极偏置电压VD；第二级场效应晶体管Q2的漏极经匹配单元三连接漏极偏置电压VD；第三级场效应晶体管Q3的漏极经匹配单元四连接漏极偏置电压VD。
[0008]所述匹配单元一包括依次串联连接的TL1_1微带线、电容C1_1、微带线TL2_1、微带线TL3_1和微带线TL4_1；匹配单元一信号输入端连接TL1_1微带线；微带线TL5_1并联于微带线TL1_1与电容C1_1之间；电容C2_1并联于微带线TL2_1与微带线TL3_1之间；微带线TL6_1、电阻R1_1和电容C3_1构成一个串联支路并联于微带线TL3_1与微带线TL4_1之间；微带线TL4_1的另一端与第一级场效应晶体管Q1的栅极连接；电阻R1_1和电容C3_1的公共端连接栅极偏置电压VG。
[0009]所述所述匹配单元二包括依次串联微带线TL1_2、电容C1_2、微带线TL2_2、微带线TL3_2、微带线TL4_2；微带线TL5_2、电阻R1_2、电容C3_2构成一个串联支路并联于微带线TL1_2和电容C1_2之间；电容C2_2并联于微带线TL2_2与微带线TL3_2之间；微带线TL6_2、电阻R2_2、电容C4_2构成一个串联支路并联于微带线TL3_2、微带线TL4_2；微带线TL1_2的另一端与第一级场效应晶体管Q1的漏极连接；微带线TL4_2的另一端与第二级场效应晶体管Q2的栅极连接；电阻R1_2和电容C3_2的公共端连接漏极偏置电压VD，电阻R2_2和电容C4_2的公共端连接栅极偏置电压VG。
[0010]所述匹配单元三包括，依次串联的微带线TL1_3、电容C1_3、电容C2_3、微带线TL2_3、微带线TL3_3、微带线TL4_3、微带线TL7_3并与第三级场效应晶体管Q3的一个管胞栅极连接；依次串联的微带线TL1_3、电容C1_3、电容C2_3、微带线TL2_3、微带线TL3_3、微带线TL4_3'、微带线TL7_3'与第三级场效应晶体管Q3的另外一个管胞栅极连接；微带线TL5_3、电容C4_3构成一个串联支路并联于微带线TL1_3和电容C1_3之间；微带线TL6_3并联于电容C1_3和电容C2_3之间；电容C3_3并联于微带线TL2_3与微带线TL3_3之间；微带线TL9_3和电容C6_3构成一个串联支路并联于微带线TL4_3和微带线TL7_3之间；微带线TL9_3'和电容C6_3'构成一个串联支路并联于微带线TL4_3'和微带线TL7_3'之间；微带线TL8_3、电阻R1_3、电容C5_3构成一个串联支路并联于微带线TL7_3与场效应晶体管Q3栅极之间；微带线TL8_3'、电阻R1_3'、电容C5_3'构成另一个串联支路并联于微带线TL7_3'与场效应晶体管Q3栅极之间；微带线TL1_3的另一端与第二级场效应晶体管Q2的漏极连接；微带线TL7_3、TL7_3'的另一端分别与第三级场效应晶体管Q3的两个管胞栅极连接；微带线TL4_3、微带线TL7_3、微带线TL8_3、微带线TL9_3、电阻R1_3、电容C5_3、电容C6_3与微带线TL4_3'、微带线TL7_3'微带线TL8_3'、微带线TL9_3'、电阻R1_3'、电容C5_3'、电容C6_3'等值镜像；微带线TL5_3和电容C4_3的公共端连接漏极偏置电压VD，电阻R1_3的电容C5_3的公共端连接栅极偏置电压VG，电阻R1_3'的电容C5_3'的公共端连接栅极偏置电压VG。
[0011]所述所述匹配单元四包括，第三级场效应晶体管Q3的一个管胞依次串联连接微带线TL1_4、TL2_4、TL3_4、TL4_4和电容C2_4；第三级场效应晶体管Q3的另一个管胞依次串联连接微带线TL1_4'、TL2_4'、TL3_4、TL4_4和电容C2_4；微带线TL5_4、电容C3_4构成一个串联支路并联于微带线TL1_4和TL2_4之间；微带线TL5_4'、电容C3_4'构成一个串联支路并联于微带线TL1_4'和TL2_4'之间；电容C1_4并联连接在微带线TL3_4和TL4_4之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构，其特征是包括匹配单元一、匹配单元二、匹配单元三、匹配单元四、第一级场效应晶体管（Q1）、第二级场效应晶体管（Q2）、第三级场效应晶体管（Q3）、栅极偏置电压（VG）和漏极偏置电压（VD），所述匹配单元一信号输出端连接第一级场效应晶体管（Q1）栅极，第一级场效应晶体管（Q1）漏极连接匹配单元二信号输入端，匹配单元二信号输出端连接第二级场效应晶体管（Q2）栅极，第二级场效应晶体管（Q2）漏极连接匹配单元三信号输入端，匹配单元三信号输出端连接第三级场效应晶体管（Q3）栅极，第三级场效应晶体管（Q3）漏极连接匹配单元四信号输入端；所述第一级场效应晶体管（Q1）、第二级场效应晶体管（Q2）、第三级场效应晶体管（Q3）的源极均接地；第一级场效应晶体管（Q1）的栅极经匹配单元一连接栅极偏置电压（VG）；第二级场效应晶体管（Q2）的栅极经匹配单元二连接栅极偏置电压（VG）；第三级场效应晶体管（Q3）的栅极经匹配单元三连接栅极偏置电压（VG）；第一级场效应晶体管（Q1）的漏极经匹配单元二连接漏极偏置电压（VD）；第二级场效应晶体管（Q2）的漏极经匹配单元三连接漏极偏置电压（VD）；第三级场效应晶体管（Q3）的漏极经匹配单元四连接漏极偏置电压（VD）。2.根据权利要求1所述的带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构，其特征是所述匹配单元一包括依次串联连接的TL1_1微带线、C1_1电容、TL2_1微带线、TL3_1微带线和TL4_1微带线；匹配单元一信号输入端连接TL1_1微带线；TL5_1微带线并联于TL1_1微带线与C1_1电容之间；C2_1电容并联于TL2_1微带线与TL3_1微带线之间；TL6_1微带线、R1_1电阻和C3_1电容构成一个串联支路并联于TL3_1微带线与TL4_1微带线之间；TL4_1微带线的另一端与第一级场效应晶体管（Q1）的栅极连接；R1_1电阻和C3_1电容的公共端连接栅极偏置电压（VG）。3.根据权利要求1所述的带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构，其特征是所述所述匹配单元二包括依次串联TL1_2微带线、C1_2电容、TL2_2微带线、TL3_2微带线、TL4_2微带线；TL5_2微带线、R1_2电阻、C3_2电容构成一个串联支路并联于TL1_2微带线和C1_2电容之间；C2_2电容并联于TL2_2微带线与TL3_2微带线之间；TL6_2微带线、R2_2电阻、C4_2电容构成一个串联支路并联于TL3_2微带线、TL4_2微带线；TL1_2微带线的另一端与第一级场效应晶体管（Q1）的漏极连接；TL4_2微带线的另一端与第二级场效应晶体管（Q2）的栅极连接；R1_2电阻和C3_2电容的公共端连接漏极偏置电压（VD），R2_2电阻和C4_2电容的公共端连接栅极偏置电压（VG）。4.根据权利要求1所述的带谐波匹配结构的高效率功率放大器电路拓扑结构，其特征是所述匹配单元三包括，依次串联的TL1_3微带线、C1_3电容、C2_3电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎明，王子健，蔺兰峰，陶洪琪，
申请(专利权)人：中电国基南方集团有限公司，
类型：新型
国别省市：