[發明專利]一種基于GaN的寬帶平衡功率放大器

在審

• 申請號: 201410411296.6
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104135241A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 鄒坤;唐余武;鄒明炳
• 申請（專利權）人: 無錫研奧電子科技有限公司
• 主分類號: H03F3/60
• 分類號: H03F3/60
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

?本發明屬于電力電子應用技術領域，尤其涉及一種基于GaN的寬帶平衡功率放大器。

背景技術

功率放大器是通信、雷達、導航等系統發射端中極為重要的組成部分。通過功率放大器，從前端饋入的小信號會被放大到滿足系統需求的功率，進而完成信號的發射、遠距離傳輸和穩定接收。因此，功率放大器的性能決定了系統的技術水平與最終指標。根據現有技術水平，針對毫米波功率放大器的研制主要使用行波管和各種半導體器件。其中，行波管多用于高功率領域，半導體器件多用于中小功率放大器。近年來隨著微波固態器件技術的發展，基于半導體器件的固態功率放大器已經越來越得到科研人員和生產廠商的認可，逐步成為主流。固態功率放大器具有可靠性高、交調性能好、功耗小、工作電壓低、以及部署靈活等優點。

固態功率放大器主要使用高電子遷移率管（HEMT，High?Electron?Mobility?Transistor），GaN?HEMT作為一種異質結場效應管，其主要結構是基于寬帶和窄帶材料形成的異質結，在異質結界面處由于極化效應形成二維電子氣，從而實現載流子和施主雜質在空間上達到了分離的效果。由此帶來的高電子遷移率特性能夠用于高頻、高速的集成電路之中。其具有高功率密度、高截止頻率、高飽和電流、高擊穿電壓和高跨導等優點。在大功率輸出條件下能夠有效提高系統效率，降低熱損耗，減小系統規模和體積。GaN異質結二維電子氣出色的電流處理能力使得AlGaN/GaN異質結材料成為制造微波功率器件的理想選擇。

目前,寬帶功放比較常用的設計技術是分布式或行波放大器方法,這種技術采用線性設計方法確保整個頻段內的線性度、增益平坦度和高回波損失.然而,這種技術需要多管芯合成來實現高功率,因此,它存在成本高、規模大、效率低等缺點.使用諧波調協放大器如J類、F類,或者采用開關模式放大器如E類、D類、逆F類,雖然可以顯著提高功放效率,但在所需頻帶內的諧波調協性能的下降,使得此類功放通常只適合于窄帶應用,并不適合寬帶(一個倍頻程)功放設計。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本發明的目的在于，提供一種基于GaN的寬帶平衡功率放大器，本發明的功率放大器具有成本低，采用Lange耦合器構建平衡功率放大器結構，使用多節阻抗匹配技術設計輸入/輸出匹配網絡,實現功放寬帶特性，在115~315GHz頻帶內,功放線性增益大于12dB，飽和輸出功率大于8W。

為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案：

一種基于GaN的寬帶平衡功率放大器，其特征在于，包括Lange耦合器、微帶傳輸線、Banding金絲線、濾波電感、穩定電阻以及寬禁帶GaN基HEMT組成；所述第一Lange耦合器（L1）的輸入端（1）與信號輸入端（IN）相連，該Lange耦合器（L1）的接地端（2）通過第一穩定電阻（R1）接地，該Lange耦合器（L1）的上輸出端（3）通過微帶傳輸線（TL）、Banding金絲線（Wire）與第一濾波電容（C1）相連，該Lange耦合器（L1）的下輸出端（4）通過微帶傳輸線（TL）、Banding金絲線（Wire）與第二濾波電容（C2）相連；所述的第一電容（C1）通過Banding金絲線（Wire）與第一GaN基HEMT（H1）的輸入端（1）相連，第一GaN基HEMT（H1）的接地端（3）接地，第一GaN基HEMT（H1）的輸出端（2）通過Banding金絲線（Wire）與第三濾波電容（C3）相連；所述第二電容（C2）通過Banding金絲線（Wire）與第二GaN基HEMT（H2）的輸入端（1）相連，第二GaN基HEMT（H2）的接地端（3）接地，第二GaN基HEMT（H2）的輸出端（2）通過Banding金絲線（Wire）與第三電容（C4）相連；所述的第三電容（C3）通過Banding金絲線（Wire）、微帶傳輸線（TL）與第2個Lange耦合器（L2）的上輸入端（1）相連，所述的第四電容（C4）通過Banding金絲線（Wire）、微帶傳輸線（TL）與第二Lange耦合器（L2）的下輸入端（2）相連，所述Lange耦合器（L2）的接地端（3）通過第二穩定電阻（R2）接地，該Lange耦合器（L2）的輸出端（4）與信號輸出端（OUT）相連。