[發(fā)明專利]一種L波段單片集成功率放大器

在審

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• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN115514325A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊帆;徐躍杭
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/56
• 分類號: H03F1/56;H03F3/193;H03F3/21
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種L波段單片集成功率放大器。該功率放大器包括：輸入匹配網(wǎng)絡(luò)單元、晶體管單元和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)單元；通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)單元和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)單元特有的電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了GAN工藝下晶體管單元輸入與輸出的阻抗匹配，無需片外電感和片外電容作匹配，解決了現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于L波段功率放大器的成本高、效率低、帶寬小、尺寸大等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率放大器集成電路，特別是涉及一種L波段單片集成功率放大器，屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著雷達技術(shù)的不斷發(fā)展，相控陣雷達的應(yīng)用越來越廣泛。相控陣雷達內(nèi)部集成的收發(fā)組件眾多，且每個收發(fā)組件又包含若干收發(fā)通道，功率放大器作為收發(fā)組件中最核心的器件之一，其尺寸和性能對整個相控陣雷達性能的提升尤其是小型化有著巨大影響。與混合集成電路相比，單片功率放大器電路可以提供更小的尺寸和更優(yōu)的芯片一致性；功率放大器消耗大部分系統(tǒng)的能量，高效率功率放大器可降低對散熱系統(tǒng)的管理要求同時提高器件的壽命，提高其效率意義重大。因此，高效率功率放大器的研究是非常必要的。

當前半導體工藝中，CMOS工藝由于其較差的功率密度、效率等方面的限制，不適合在 5～10W功率量級功率放大器中應(yīng)用，5～10W功率量級基于GaAs工藝和GaN工藝實現(xiàn)的產(chǎn)品較多，但由于GaAs工藝其自身的功率密度限制(約為0.8W/mm)，如果在L波段實現(xiàn)5W以上功率放大器，必然需要8胞甚至16胞以上晶體管進行功率合成，在L波段其片內(nèi)所使用的電感往往感值較大，多次合成網(wǎng)絡(luò)也會增加損耗，導致芯片尺寸會非常大；相較于GaAs工藝和CMOS 工藝，GaN工藝其功率密度可達到5W/mm以上，更便于實現(xiàn)單片集成。然而實際應(yīng)用中，受功率放大器的晶體管輸入和輸出阻抗匹配因素影響，當前工業(yè)界L波段的高效率功率放大器帶寬往往在200～600MHz之間，例如：中電55所產(chǎn)品WFPN012014-P48工作頻率為1.2-1.4GHz，帶寬為200MHz；能覆蓋1～2GHz工作帶寬的單片集成功率放大器產(chǎn)品其效率低于50％，例如：中電55所產(chǎn)品WFDN008020-P48工作頻率為0.8-2.0GHz，帶寬為1.2GHz但是效率僅為45％；且很多寬帶產(chǎn)品均需要片外電感和片外電容作匹配，增加了收發(fā)通道的尺寸，例如中電13所產(chǎn)品BW1180工作頻率為0.2-1.8GHz，效率為54％，但是需要漏極加片外電感也能工作，不利于小型化設(shè)計，同時由于裝配引入的額外因素會導致通道之間的一致性變差使其無法適應(yīng)于L 波段寬帶相控陣雷達收發(fā)組件。

因此，研究一種基于GaN工藝的覆蓋1-2GHz頻帶的L波段高效率單片集成功率放大器具有積極意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在改進需求，本發(fā)明提出了一種L波段單片集成功率放大器，其工作頻率范圍為1～2GHz，覆蓋了整個L波段且在片內(nèi)實現(xiàn)了所有半導體器件的集成，具有發(fā)射通道的成本低、效率高、寬帶寬、尺寸小等優(yōu)點，適用于L波段寬帶相控陣雷達收發(fā)組件。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種L波段單片集成功率放大器，包括：輸入匹配網(wǎng)絡(luò)單元、晶體管單元和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)單元；

所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)單元包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電感L1、電感L2和電感L3；電阻R1的第一端與電容C4第一端相連后分別與電感L2和電感L3的第一端連接，電阻R1的第二端與電容C4的第二端相連后作為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)單元的輸出連接晶體管單元，電感L2的第二端經(jīng)電容C2接射頻輸入信號RFin，電感L3的第二端經(jīng)電阻R2后分別連接電阻R3和電容C3的第一端；電阻R3的第二端接外部柵極偏置電壓信號VG，電容C3的第二端接地；電感L1的第一端接射頻輸入信號RFin，第二端接地；電容C1的第一端分別連接電感L1的第一端和電容C2接射頻輸入信號RFin 的一端，另一端接地；