一种高功率Ka频段的功率放大单片电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高功率Ka频段的功率放大单片电路，包括输入级匹配子电路、第一级晶体管放大子电路、第一二级间匹配子电路、第二级晶体管放大子电路、第二三级匹配子电路、第三级晶体管放大子电路、输出级匹配子电路，全部电路在一片芯片内实现。各级子电路内部布局呈上下对称结构。通过采用pHEMT晶体管作为晶体管放大子电路的核心器件并利用片内功率分配与合成的设计方法，提高了放大电路的输出功率。本单片电路可应用于点对点通信发射组件的Ka频段功放模块。
【专利说明】一种高功率Ka频段的功率放大单片电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信和测控领域的一种高功率Ka频段的功率放大单片电路。
【背景技术】
[0002]高功率Ka频段的功率放大单片电路作为微波毫米波通信系统的重要组成部分，主要应用于通信和测控领域。目前，Ka频段的功率放大单片电路由于频段高、损耗大，单颗芯片的输出功率较低。为了获得大功率输出的功放模块，需将多片功放单片放置在一个模块或组件中，但这样会造成功放模块或组件的体积过大、芯片散热不良、增益恶化等问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是:提供一种高功率Ka频段的功率放大单片电路，采用砷化镓集成电路工艺完成，该电路能够提供4W的单片功率输出。在功放模块中采用该电路，可减少功放模块的功率合成次数和合成损耗，在保证功放电路增益的同时，提高了输出功率。
[0004]本实用新型所采取的技术方案为:
[0005]一种高功率Ka频段的功率放大单片电路，其特征在于包括:
[0006]输入级匹配子电路，用于对输入信号进行四路等功率分配；同时对第一级晶体管放大子电路中的晶体管输入阻抗进行转换；
[0007]第一级晶体管放大子电路，用于对输入级匹配子电路输出的四路信号进行功率放大；
[0008]第一二级间匹配子电路，用于实现第一级晶体管放大子电路与第二级晶体管放大子电路的阻抗匹配，同时将第一级晶体管放大子电路输出的四路信号平均分配给八个输出端;
[0009]第二级晶体管放大子电路，用于对第一二级间匹配子电路输出的八路信号进行功率放大，并输出给第二三级间匹配子电路；
[0010]第二三级间匹配子电路，用于实现第二级晶体管放大子电路与第三级晶体管放大子电路的阻抗匹配，同时将第二级晶体管放大子电路输出的八路信号平均分配给十六个输出端；
[0011]第三级晶体管放大子电路，用于对第二三级间匹配子电路输出的十六路信号进行功率放大，并输出给输出级匹配子电路；
[0012]输出级匹配子电路，用于将第三级晶体管放大子电路中的晶体管的输出阻抗进行转换，同时对第三级晶体管放大子电路输出的十六路信号进行等功率合成为一路信号输出。
[0013]其中，所述的第一级晶体管放大子电路、第二级晶体管放大子电路和第三级晶体管放大子电路均由PHEMT晶体管构成，每个晶体管的源极接地，漏极接本级输出端，栅极接本级输入端。[0014]其中，所述的第二三级间匹配子电路包括四路子匹配电路，每路子匹配电路由预匹配电路、主匹配电路和后级匹配电路组成。
[0015]本实用新型与【背景技术】相比，具有如下优点:
[0016](I)该电路工作频段高，输出功率大，采用AB型电路结构，线性度高，解决了目前Ka频段功放单片电路输出功率小的问题。
[0017](2)本实用新型能够在电路芯片内部最大限度的提高功率放大电路的输出功率，将该电路芯片应用于功放模块后可明显减小模块体积，便于集成应用，降低模块成本。
[0018](3)由于该电路采用芯片内功率合成，与片外功率合成方法相比，该电路具有更高的增益和更小的损耗，因此功放的效率得到提高。
[0019](4)电路中各级匹配子电路的设计分别针对电路的增益、效率和功率进行设计，第二三级间匹配子电路采用预匹配与主匹配相结合的方法实现最大效率输出。整体电路在保证增益的如提下，同时实现了最闻功率和最闻效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是高功率Ka频段功率放大单片电路原理图
[0021]图2是第二三级间匹配子电路内部电路示意图
【具体实施方式】
[0022]本实用新型采用如图1的实施方式，该电路图中从左向右依次为:输入级匹配子电路Ml、第一级晶体管放大子电路Al、第一二级间匹配子电路M2、第二级晶体管放大子电路A2、第二三级间匹配子电路M3、第三级晶体管放大子电路A3、输出级匹配子电路M4。电路左端为输入级In，右端为输出级Out。实施例按图1连接线路。
[0023]输入级匹配子电路，用于对输入信号进行四路等功率分配；同时对第一级晶体管放大子电路中的晶体管输入阻抗进行转换；第一级晶体管放大子电路，用于对输入级匹配子电路输出的四路信号进行功率放大；第一二级间匹配子电路，用于实现第一级晶体管放大子电路与第二级晶体管放大子电路的阻抗匹配，同时将第一级晶体管放大子电路输出的四路信号平均分配给八个输出端；第二级晶体管放大子电路，用于对第一二级间匹配子电路输出的八路信号进行功率放大，并输出给第二三级间匹配子电路；第二三级间匹配电路，用于实现第二级晶体管放大子电路与第三级晶体管放大子电路的阻抗匹配，同时将第二级晶体管放大子电路输出的八路信号平均分配给十六个输出端；第三级晶体管放大子电路，用于对第二三级间匹配子电路输出的十六路信号进行功率放大，并输出给输出级匹配子电路；输出级匹配子电路，用于将第三级晶体管放大子电路中的晶体管的输出阻抗进行转换，同时对第三级晶体管放大子电路输出的十六路信号进行等功率合成为一路信号，并进行输出。
[0024]所述的输入级匹配子电路Ml、第一二级间匹配子电路M2、第二三级间匹配子电路M3、输出级匹配子电路M4均由微带线、电阻、电容构成，所述的第一级晶体管放大子电路Al内部包含4个pHEMT晶体管，每个晶体管栅极面积参数相同，均为8 X 40um2，所述的第二级晶体管放大子电路A2内部包含8个pHEMT晶体管，每个晶体管栅极面积参数相同，均为8 X 65um2，所述的第三级晶体管放大子电路A3内部包含16个pHEMT晶体管，每个晶体管栅极面积参数相同，均为8 X 65um2。
[0025]所述的第二三级间匹配子电路M3内部采用纵向四组对称设计，如图2所示，每组包含三个部分，两路信号输入、四路输出，其中，M3_l、M3_4、M3_7、M3_10为结构相同的预匹配电路，M3_2、M3_5、M3_8、M3_11为结构相同的主匹配电路，M3_3、M3_6、M3_9、M3_12为结构相同的后级匹配电路。信号从A2级晶体管漏级输出，经过预匹配电路进入主匹配电路，在主匹配电路内部实现功率分配，经过后级匹配电路输出至A3的晶体管的栅极。
[0026]实施例中，输入级匹配子电路Ml由微带线、电阻、电容构成，左侧有一个输入端In，作为电路的信号输入端口 ；右侧有四个输出端，分别与第一级晶体管放大子电路Al的四个输入端相连。第一级晶体管放大子电路Al包括4个相同参数的pHEMT晶体管，其功能是对输入的四路信号进行功率放大，每个晶体管的源极通过通孔接到砷化镓衬底的背面与地连接，每个晶体管的栅极作为输入端与输入级匹配子电路Ml输出端连接，每个晶体管的漏极作为本级输出端与第一二级间匹配子电路M2的输入端连接。第一二级间匹配子电路M2的四个输入端与第一级晶体管放大子电路Al的输出端连接，第一二级间匹配子电路M2的八个输出端与第二级晶体管放大子电路A2的输入端连接。第二级晶体管放大子电路A2包括8个相同参数的pHEMT晶体管，每个晶体管的源极通过通孔接到砷化镓衬底的背面与地连接，每个晶体管的栅极作为输入端与第一二级间匹配子电路M2的输出端连接，每个晶体管的漏极作为本级输出端与第二三级间匹配子电路M3的输入端连接。第二三级间匹配子电路M3的八个输入端与第二级晶体管放大子电路A2的输出端连接，第二三级间匹配子电路M3的十六个输出端与第三级晶体管放大子电路A3的输入端连接。第三级晶体管放大子电路A3包括16个相同参数的pHEMT晶体管，每个晶体管的源极通过通孔接到砷化镓衬底的背面与地连接，每个晶体管的栅极作为输入端与第二三级间匹配子电路M3的输出端连接，每个晶体管的漏极作为输出端与输出级匹配子电路M4的输入端连接。输出级匹配子电路M4是将第三级晶体管放大子电路A3中晶体管的输出阻抗转换到50欧姆，以便电路右侧输出端口与外部电路进行匹配，同时对第三级晶体管放大子电路A3提供的十六路信号进行等功率合成。输出级匹配子电路M4由微带线、电阻、电容构成，左侧有十六个输入端，作为第三级晶体管放大子电路A3十六路信号的输入端口 ；右侧有一个输出端，作为本电路的功率输出端口 Out。
【权利要求】
1.一种高功率Ka频段的功率放大单片电路，其特征在于包括: 输入级匹配子电路，用于对输入信号进行四路等功率分配；同时对第一级晶体管放大子电路中的晶体管输入阻抗进行转换； 第一级晶体管放大子电路，用于对输入级匹配子电路输出的四路信号进行功率放大； 第一二级间匹配子电路，用于实现第一级晶体管放大子电路与第二级晶体管放大子电路的阻抗匹配，同时将第一级晶体管放大子电路输出的四路信号平均分配给八个输出端，并进行输出； 第二级晶体管放大子电路，用于对第一二级间匹配子电路输出的八路信号进行功率放大，并输出给第二三级间匹配子电路； 第二三级间匹配子电路，用于实现第二级晶体管放大子电路与第三级晶体管放大子电路的阻抗匹配，同时将第二级晶体管放大子电路输出的八路信号平均分配给十六个输出端，并进行输出； 第三级晶体管放大子电路，用于对第二三级间匹配子电路输出的十六路信号进行功率放大，并输出给输出级匹配子电路； 输出级匹配子电路，用于将第三级晶体管放大子电路中的晶体管的输出阻抗进行转换，同时对第三级晶体管放大子电路输出的十六路信号进行等功率合成为一路信号，并进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种高功率Ka频段的功率放大单片电路，其特征在于:所述的第一级晶体管放大子电路、第二级晶体管放大子电路和第三级晶体管放大子电路均由pHEMT晶体管构成，每个晶体管的源极接地，漏极接本级输出端，栅极接本级输入端。
3.根据权利要求1所述的一种高功率Ka频段的功率放大单片电路，其特征在于:所述的第二三级间匹配子电路包括四路子匹配电路，每路子匹配电路由预匹配电路、主匹配电路和后级匹配电路组成。
【文档编号】H03F1/02GK203617972SQ201320869519
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】季晓燕, 宋瑞良, 廖春连, 许仕龙, 田素雷, 李斌, 温晓伶 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所