[發明專利]一種矩陣式功率合成毫米波放大器

在審

• 申請號: 202211362024.2
• 申請日: 2022-11-02
• 公開（公告）號: CN115642887A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 李振北;張健
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H03F3/21
• 分類號: H03F3/21;H03F1/02
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 徐紹新

本發明涉及一種矩陣式功率合成毫米波放大器，其包括：輸入功率分配單元、第一級驅動級增益單元、第一級匹配網絡、第二級驅動級增益單元、第二級匹配網絡、功率級增益單元和輸出功率合成單元；所述輸入功率分配單元、所述第一級驅動級增益單元、所述第一級匹配網絡、所述第二級驅動級增益單元、所述第二級匹配網絡、所述功率級增益單元和所述輸出功率合成單元依次順序連接。本發明提供的一種矩陣式功率合成毫米波放大器，采用了多級橫向放大結構提高了放大器橫向上的輸出功率，同時在縱向上疊加多級相同的行波式結構，可以有效提升毫米波功率放大器的輸出功率與合成效率，合理利用芯片橫向和縱向的長度，減小了設計難度，同時減小了芯片的面積。

技術領域

本發明涉及毫米波功率放大器芯片技術領域，尤其涉及一種矩陣式功率合成毫米波放大器。

背景技術

隨著半導體及微電子工藝技術的逐漸發展成熟，無線通信系統得到了快速發展。在毫米波前端系統中，處理后的中頻信號經過混頻器后會產生射頻信號，此信號經驅動放大器放大后進入功率放大器，經由功率放大器對射頻信號放大后由天線完成信息發射，在毫米波前端系統中，最關鍵的器件就是毫米波功率放大器芯片，毫米波功率放大器的輸出功率直接影響了整個通信系統的通信距離。因此，研究設計高功率高效率的毫米波功率放大器一直是相關領域學者們追求的目標。

現有技術中基于GaAs pHEMT工藝的毫米波功率放大器，其結構一般是普通的級聯Cascade結構，能以縱向方式在放大器的最后一級堆疊增益單元，從而獲得合適的輸出功率。

但是，現有技術中的毫米波功率放大器由于縱向擴展以2的指數倍展開，到達一定數量后，各單元之間在功率合成時相位差難以保持一致，從而導致合成效率低，功率提升困難，同時僅從單一方向疊加晶體管的做法會增大芯片尺寸，從而增加成本。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種矩陣式功率合成毫米波放大器，用以解決現有技術中毫米波功率放大器僅在縱向擴展，各單元之間在功率合成時相位差難以保持一致，從而導致合成效率低，功率提升困難，且僅從單一方向疊加晶體管的做法會增大芯片尺寸，從而增加成本的問題。

為達到上述技術目的，本發明采取了以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種矩陣式功率合成毫米波放大器，包括：輸入功率分配單元、第一級驅動級增益單元、第一級匹配網絡、第二級驅動級增益單元、第二級匹配網絡、功率級增益單元和輸出功率合成單元；輸入功率分配單元、第一級驅動級增益單元、第一級匹配網絡、第二級驅動級增益單元、第二級匹配網絡、功率級增益單元和輸出功率合成單元依次順序連接；

其中，輸入功率分配單元用于將信號源產生的初始功率信號分配得到過渡信號；

第一級驅動級增益單元用于將過渡信號進行放大得到第一放大信號；

第一級匹配網絡用于將第一放大信號傳輸至第二級驅動級增益單元；

第二級驅動級增益單元用于將第一放大信號進行放大得到第二放大信號；

第二級匹配網絡用于將第二放大信號傳輸至功率級增益單元；

功率級增益單元用于將第二放大信號進行放大得到第三放大信號；

輸出功率合成單元用于將第三放大信號合成得到目標信號。

優選的，輸入功率分配單元與信號源連接，輸入功率分配單元包括單輸入端口和若干個輸出端口，且輸出端口的個數在第一預設范圍內。

優選的，第一級驅動級增益單元包括數量上在第一預設范圍內的若干路第一增益子單元，且每一路第一增益子單元均包括輸入傳輸線TL1、晶體管TD1及輸出傳輸線TL2；其中，輸入傳輸線TL1連接晶體管TD1的柵極，晶體管TD1的漏極連接輸出傳輸線TL2，晶體管TD1的源極接地。