一种矩阵式功率合成毫米波放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种矩阵式功率合成毫米波放大器，其包括：输入功率分配单元、第一级驱动级增益单元、第一级匹配网络、第二级驱动级增益单元、第二级匹配网络、功率级增益单元和输出功率合成单元；所述输入功率分配单元、所述第一级驱动级增益单元、所述第一级匹配网络、所述第二级驱动级增益单元、所述第二级匹配网络、所述功率级增益单元和所述输出功率合成单元依次顺序连接。本发明专利技术提供的一种矩阵式功率合成毫米波放大器，采用了多级横向放大结构提高了放大器横向上的输出功率，同时在纵向上叠加多级相同的行波式结构，可以有效提升毫米波功率放大器的输出功率与合成效率，合理利用芯片横向和纵向的长度，减小了设计难度，同时减小了芯片的面积。小了芯片的面积。小了芯片的面积。

【技术实现步骤摘要】
一种矩阵式功率合成毫米波放大器


[0001]本专利技术涉及毫米波功率放大器芯片
，尤其涉及一种矩阵式功率合成毫米波放大器。

技术介绍

[0002]随着半导体及微电子工艺技术的逐渐发展成熟，无线通信系统得到了快速发展。在毫米波前端系统中，处理后的中频信号经过混频器后会产生射频信号，此信号经驱动放大器放大后进入功率放大器，经由功率放大器对射频信号放大后由天线完成信息发射，在毫米波前端系统中，最关键的器件就是毫米波功率放大器芯片，毫米波功率放大器的输出功率直接影响了整个通信系统的通信距离。因此，研究设计高功率高效率的毫米波功率放大器一直是相关领域学者们追求的目标。
[0003]现有技术中基于GaAs pHEMT工艺的毫米波功率放大器，其结构一般是普通的级联Cascade结构，能以纵向方式在放大器的最后一级堆叠增益单元，从而获得合适的输出功率。
[0004]但是，现有技术中的毫米波功率放大器由于纵向扩展以2的指数倍展开，到达一定数量后，各单元之间在功率合成时相位差难以保持一致，从而导致合成效率低，功率提升困难，同时仅从单一方向叠加晶体管的做法会增大芯片尺寸，从而增加成本。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种矩阵式功率合成毫米波放大器，用以解决现有技术中毫米波功率放大器仅在纵向扩展，各单元之间在功率合成时相位差难以保持一致，从而导致合成效率低，功率提升困难，且仅从单一方向叠加晶体管的做法会增大芯片尺寸，从而增加成本的问题。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术采取了以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种矩阵式功率合成毫米波放大器，包括：输入功率分配单元、第一级驱动级增益单元、第一级匹配网络、第二级驱动级增益单元、第二级匹配网络、功率级增益单元和输出功率合成单元；输入功率分配单元、第一级驱动级增益单元、第一级匹配网络、第二级驱动级增益单元、第二级匹配网络、功率级增益单元和输出功率合成单元依次顺序连接；
[0008]其中，输入功率分配单元用于将信号源产生的初始功率信号分配得到过渡信号；
[0009]第一级驱动级增益单元用于将过渡信号进行放大得到第一放大信号；
[0010]第一级匹配网络用于将第一放大信号传输至第二级驱动级增益单元；
[0011]第二级驱动级增益单元用于将第一放大信号进行放大得到第二放大信号；
[0012]第二级匹配网络用于将第二放大信号传输至功率级增益单元；
[0013]功率级增益单元用于将第二放大信号进行放大得到第三放大信号；
[0014]输出功率合成单元用于将第三放大信号合成得到目标信号。
[0015]优选的，输入功率分配单元与信号源连接，输入功率分配单元包括单输入端口和若干个输出端口，且输出端口的个数在第一预设范围内。
[0016]优选的，第一级驱动级增益单元包括数量上在第一预设范围内的若干路第一增益子单元，且每一路第一增益子单元均包括输入传输线TL1、晶体管TD1及输出传输线TL2；其中，输入传输线TL1连接晶体管TD1的栅极，晶体管TD1的漏极连接输出传输线TL2，晶体管TD1的源极接地。
[0017]优选的，第一级匹配网络包括数量上在第一预设范围内的若干路第一子匹配网络，且每一路第一子匹配网络均包括传输线TL3、TL4与TL5，其中，传输线TL3与传输线TL4并联，传输线TL3和传输线TL4的连接端与传输线TL5串联，传输线TL3的输入端口为第一子匹配网络的输入端，传输线TL5的输出端口为第一子匹配网络的输出端。
[0018]优选的，第二级驱动级增益单元包括数量上在第一预设范围内的若干路第二增益子单元，且每一路第二增益子单元均包括输入传输线TL9、晶体管TD2及输出传输线TL10；其中，输入传输线TL9连接晶体管TD2的栅极，晶体管TD2的漏极连接输出传输线TL10，晶体管TD2的源极接地。
[0019]优选的，第二级匹配网络包括数量上在第一预设范围内的若干路第二子匹配网络，且每一路第二子匹配网络均包括传输线TL6、TL7与TL8，其中，传输线TL6与传输线TL7并联，传输线TL6和传输线TL7的连接端与传输线TL8串联，传输线TL6的输入端口为第二子匹配网络的输入端，传输线TL8的输出端口为第二子匹配网络的输出端。
[0020]优选的，功率级增益单元为若干个晶体管构成的矩阵式结构，功率级增益单元的横向晶体管数目在第一预设范围内，功率级增益单元的纵向晶体管数目在第二预设范围内。
[0021]优选的，功率级增益单元包括数量上在第二预设范围内的若干列功率级增益子单元，且每一列功率级增益子单元均包括第一传输线GL，第二传输线DL，晶体管T；第一传输线GL的一端与晶体管T的栅极连接，晶体管T的漏极与第二传输线DL的一端连接，晶体管T的源极接地。
[0022]优选的，功率级增益单元中上一级功率级增益子单元的晶体管T的栅极与相邻列的下一级功率级增益子单元的第一传输线GL的一端连接，上一级功率级增益子单元的第二传输线DL的另一端与相邻列的下一级功率级增益子单元的晶体管T的漏极连接。
[0023]优选的，输出功率合成单元包括单输出端口和若干个输入端口，且输入端口的数量在第一预设范围内，输出功率合成单元的输出端口外接负载。
[0024]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术提供的一种矩阵式功率合成毫米波放大器，其包括：输入功率分配单元、第一级驱动级增益单元、第一级匹配网络、第二级驱动级增益单元、第二级匹配网络、功率级增益单元和输出功率合成单元；所述输入功率分配单元、所述第一级驱动级增益单元、所述第一级匹配网络、所述第二级驱动级增益单元、所述第二级匹配网络、所述功率级增益单元和所述输出功率合成单元依次顺序连接。其中，输入功率分配单元用于将信号源产生的初始功率信号分配得到过渡信号；第一级驱动级增益单元用于将过渡信号进行放大得到第一放大信号；第一级匹配网络用于将第一放大信号传输至第二级驱动级增益单元；第二级驱动级增益单元用于将第一放大信号进行放大得到第二放大信号；第二级匹配网络用于将第二放大信号传输至功率级增益单元；功率级增益单元用于
将第二放大信号进行放大得到第三放大信号；输出功率合成单元用于将第三放大信号合成得到目标信号。本专利技术提供的一种矩阵式功率合成毫米波放大器，采用了多级横向放大结构提高了放大器横向上的输出功率，同时在纵向上叠加多级相同的行波式结构，可以有效提升毫米波功率放大器的输出功率与合成效率，合理利用芯片横向和纵向的长度，减小了设计难度，同时减小了芯片的面积。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的矩阵式功率合成毫米波放大器的一实施例的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术提供的第一增益子单元的一实施例的结构示意图；
[0027]图3为本专利技术提供的第一子匹配网络的一实施例的结构示意图；
[0028]图4为本专利技术提供的第二增益子单元的一实施例的结构示意图；
[0029]图5为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矩阵式功率合成毫米波放大器，其特征在于，包括：输入功率分配单元、第一级驱动级增益单元、第一级匹配网络、第二级驱动级增益单元、第二级匹配网络、功率级增益单元和输出功率合成单元；所述输入功率分配单元、所述第一级驱动级增益单元、所述第一级匹配网络、所述第二级驱动级增益单元、所述第二级匹配网络、所述功率级增益单元和所述输出功率合成单元依次顺序连接；其中，所述输入功率分配单元用于将信号源产生的初始功率信号分配得到过渡信号；所述第一级驱动级增益单元用于将所述过渡信号进行放大得到第一放大信号；所述第一级匹配网络用于将所述第一放大信号传输至所述第二级驱动级增益单元；所述第二级驱动级增益单元用于将所述第一放大信号进行放大得到第二放大信号；所述第二级匹配网络用于将所述第二放大信号传输至所述功率级增益单元；所述功率级增益单元用于将所述第二放大信号进行放大得到第三放大信号；所述输出功率合成单元用于将所述第三放大信号合成得到目标信号。2.根据权利要求1所述的矩阵式功率合成毫米波放大器，其特征在于，所述输入功率分配单元与所述信号源连接，所述输入功率分配单元包括单输入端口和若干个输出端口，且输出端口的数量在第一预设范围内。3.根据权利要求2所述的矩阵式功率合成毫米波放大器，其特征在于，所述第一级驱动级增益单元包括数量上在所述第一预设范围内的若干路第一增益子单元，且每一路所述第一增益子单元均包括输入传输线TL1、晶体管TD1及输出传输线TL2；其中，所述输入传输线TL1连接所述晶体管TD1的栅极，所述晶体管TD1的漏极连接所述输出传输线TL2，所述晶体管TD1的源极接地。4.根据权利要求2所述的矩阵式功率合成毫米波放大器，其特征在于，所述第一级匹配网络包括数量上在所述第一预设范围内的若干路第一子匹配网络，且每一路所述第一子匹配网络均包括传输线TL3、TL4与TL5，其中，所述传输线TL3与所述传输线TL4并联，所述传输线TL3和所述传输线TL4的连接端与所述传输线TL5串联，所述传输线TL3的输入端口为所述第一子匹配网络的输入端，所述传输线TL5的输出端口为所述第一子匹配网络的输出端。5.根据权利要求3所述的矩阵式功率合成毫...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振北，张健，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：