[實用新型]一種砷化鎵多路功率合成放大器

有效

• 申請號: 201721678147.1
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN207442799U
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 趙滌燹
• 申請（專利權）人: 成都鎵谷半導體有限公司
• 主分類號: H03F1/56
• 分類號: H03F1/56;H03F3/21;H03F3/24;H03F3/68;H03G3/30
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 王記明

本實用新型公開了一種砷化鎵多路功率合成放大器；放大器由五級共源級放大器級聯構成，其中，輸出級放大器使用八個50μm*4的晶體管進行功率合成，第四級使用與輸出級相同尺寸及數量的晶體管，從第三級開始到輸入級，晶體管的總寬度為輸出級的一半，該放大器還包括輸入級、中間級以及輸出級前后的無源網絡；輸出級提高了功率放大器的輸出功率和穩定性，第四級確保輸出級的輸出功率能夠達到飽和，第二級與第三級通過減小單個晶體管寬度的方法減小晶體管總寬度，提高了功率放大器的增益，輸入級放大器通過減少溝道數的方法減小晶體管總寬度，提高了輸入環路的穩定性；各個無源網絡同時具備直流供電、阻抗匹配和功率分配/合成的功能。

技術領域

本實用新型涉及在W波段大功率應用的砷化鎵多路功率合成放大器，屬于電子電路設計技術領域，特別適用于毫米波系統中功率放大器設計。

背景技術

近年來，無線通信技術發展迅速，尤其是毫米波通信技術。毫米波頻段中，頻帶范圍為75-110GHz的W波段具有以下優點：頻率較高，帶來了較寬的頻帶；同時由于頻率較高，毫米波的波束較窄，所以具有極強的方向性，十分適合用于點對點通信；毫米波元件尺寸較小，有利于縮減芯片面積?；谝陨线@些優點，各種各樣的毫米波芯片研制工作正在如火如荼的進行中。但是毫米波信號在大氣中會嚴重衰減，為了使毫米波芯片能夠正常工作，需要使用輸出功率為27dBm左右的W波段放大器。

在W波段，因為頻率較高，單級晶體管的增益較低。為了使整個功率放大器維持較高的增益，必須使用多級級聯的功率合成結構；同時，單級晶體管的輸出功率較低，需要在輸出級進行多路功率合成，為了優化版圖布局，節約面積，此處的多路功率合成網絡與輸出匹配網絡同時設計。

在工藝方面，近年來基于氮化鎵的毫米波功率放大器開始展現出其優良的性能，然而當前的氮化鎵技術還不成熟，其價格較為高昂，穩定性存疑。除此之外，砷化鎵工藝對于1-2W的低功率應用是一個具有吸引力的選擇，其技術成熟，性價比較高。

近年來，隨著毫米波通信技術和雷達技術的發展，對毫米波功率放大器的輸出功率、增益的要求也越來越高。在本實用新型中，需要解決兩個主要的技術難題。

首先是輸出功率的問題。在相同的偏置下，單級晶體管的飽和輸出功率與晶體管的總溝道寬度成正比，為了提升晶體管的飽和輸出功率，需要增加晶體管的總溝道寬度。然而增加晶體管的寬度會導致增益降低，在W波段，由于工作頻率較高，單級晶體管的最大增益較低，如果單級晶體管總寬度過大會導致增益太低。

其次是增益的問題。隨著頻率的升高，晶體管的S12呈上升趨勢，而S21呈下降趨勢，這導致晶體管的最大增益隨頻率上升而下降。晶體管的增益下降會導致整個功率放大器的效率下降。

實用新型內容

本實用新型提供了砷化鎵多路功率合成放大器，解決了現有技術的不足，通過本實用新型設計的級聯結構和功率合成結構，有效提高了功率放大器的增益以及飽和輸出功率。

為實現上述實用新型目的，本申請提供了適用于W波段大功率應用的砷化鎵多路功率合成放大器，所述的放大器包括輸出級放大器、中間級放大器和輸入級放大器，所述的輸出級放大器由八路共源級放大器和八路功率合成器級聯組成；所述的中間級放大器包括第四級共源級放大器、第三級共源級放大器和第二級共源級放大器，以及每一級共源級放大器電路前后的共四個級間匹配網絡；所述的輸入級放大器包括四路功率分配器和四路共源級放大器前后級聯構成。

本申請的技術方案中設計一個片上功率合成器進行多路功率合成，使輸出功率達到要求。為了使整個功率放大網絡的效率得到保證，功率放大器需要具有較高的增益，本申請的技術方案使用多級晶體管級聯。

其中，所述的輸出級放大器電路中的八路共源放大器包括八個柵寬為50μm*4的晶體管，所述的八路功率合成器由漏極供電電路、一個雙路功率合成器和兩個四路功率合成器構成。