CN105322892A - 一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，包括：底座、放大模块、信号输入端、信号输出端以及至少一组薄膜体声波谐振器。放大模块包括输入端、输出端和接地端，放大模块的输入端与信号输入端之间和/或放大模块的输出端与信号输出端之间分别设置有至少一组薄膜体声波谐振器，用于谐波短路。一组薄膜体声波谐振器包括至少一个薄膜体声波谐振器结构，一个薄膜体声波谐振器结构包括第一电极、第二电极、设置在第一电极和第二电极之间的介质薄膜层。本发明实施例提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器通过薄膜体声波谐振器对放大器的放大模块进行谐波调谐，提高了放大器效率。

Description

一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器

技术领域

本发明涉及半导体、微电子及通讯技术领域，尤其涉及一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器。

背景技术

随着通信技术的发展，通信系统逐渐向高效率、高频率、大功率、宽频带和小型化等方向发展。放大器作为通信系统的核心部件，其效率直接影响通信系统的效率。

放大器的漏极效率公式如下所示：

$\mathrm{DE}=\frac{P_{\mathrm{Out},f}}{P_{\mathrm{DC}}}=\frac{P_{\mathrm{Out},f}}{P_{\mathrm{diss}}+P_{\mathrm{Out},f}+\mathrm{\Σ}{P}_{\mathrm{Out},\mathrm{nf}}}---\left(1\right)$

从公式(1)可知，放大器漏极效率与谐波功率息息相关，特别是2次谐波和3次谐波对放大器的漏极效率影响特别严重。对放大器进行谐波处理能够抑制谐波功率，是提升放大器效率和线性度的有效方法之一。

现有技术中，放大器的谐波处理方法主要是使用短截线或电容和电感构成的集总谐振器实现放大器谐波调谐。将高次谐波开路或者短路处理，将高次谐波能量全部反射回晶体管或包括晶体管的放大电路，提高放大器效率。其缺点是放大器的工作频段不太高时，短截线或集总谐振器的体积较大，只能在放大器封装管壳外的电路板上才能进行谐波调谐，实现晶体管或包括晶体管的放大电路谐波短路。

在放大器封装管壳外的电路板上进行谐波调谐，存在以下问题：

一、谐波损耗增加，限制效率提升。谐波全反射端面距离放大器的核心元件晶体管或包括晶体管的放大电路的距离太远，路径过长，导致谐波损耗增加，高次谐波反射系数减小，难以实现真正的全反射，部分谐波功率损耗于晶体管或包括晶体管的放大电路与开路或短路端面之间的路径上。在放大器封装管壳外的电路板上进行谐波调谐的放大器限制了效率的提升。

二、谐波路径过长，色散增加，谐波调谐的带宽受到限制。通常放大器具有一定的工作带宽。与之对应的高次谐波带宽的上限和下限频率信号波长存在较大差异。谐波全反射端面距离放大器的核心元件晶体管或包括晶体管的放大电路的距离太远，在谐波调谐端面高次谐波带宽的上限和下限频率信号的相位差异很大，谐波信号色散严重。短截线或电容和电感构成的集总谐振器难以将整个工作带宽对应的高次谐波能量全部反射会晶体管或包括晶体管的放大电路。

三、基波匹配网络与谐波调谐网络之间相互影响，功放电路设计难度较大。在放大器封装管壳外的电路板上进行谐波调谐，需要考虑谐波调谐网络与基波匹配网络之间的相互干扰，往往出现顾此失彼的现象，难以实现放大器的性能最大化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，该放大器采用薄膜体声波谐振器对放大器进行谐波调谐，将高次谐波全部反射回晶体管或包括晶体管的放大电路，进而能够提高放大器效率。

薄膜体声波谐振器分为固态封装型薄膜体声波谐振器、空腔型薄膜体声波谐振器和隔膜型薄膜体声波谐振器。图1A、图1B和图1C分别固态封装型薄膜体声波谐振器、空腔型薄膜体声波谐振器和隔膜型薄膜体声波谐振器的剖视图。其中，图1A、图1B和图1C提供的薄膜体声波谐振器包括一个薄膜体声波谐振器结构。由图1A、图1B和图1C可知，上述三种类型的薄膜体声波谐振器均包括：下电极131、上电极132，以及设置在下电极131和上电极132之间的介质薄膜层133。薄膜体声波谐振器(FBAR，FilmBulkAcousticResonator)为三明治结构，介质薄膜层夹于第一电极和第二电极之间。其中，介质薄膜层可以为压电薄膜或者铁电薄膜，其材料可以是氮化铝、氧化锌或钛酸锶钡。以氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)为代表的压电材料，以及铁电薄膜钛酸锶钡(BST)在外加偏置下，都非常适合制备高性能的薄膜体声波谐振器。

由图1A可知，固态封装型薄膜体声波谐振器还包括：位于下电极131之下，的布拉格反射层1311和衬底1312。其中，布拉格反射层包括至少三组布拉格子反射层，布拉格子反射层自上而下包括依次层叠的第一子反射层13111和第二子反射层13112，第一子反射层13111的声阻抗低于第二子反射层13112的声阻抗；第一子反射层13111和第二子反射层13112的厚度均为谐波频率对应的该薄膜材料中声波波长的四分之一的整数倍。第一子反射层13111和第二子反射层13112的材料可以分别为二氧化硅和钼。该布拉格反射层能够将薄膜介质产生的声能量全反射回谐振器，提高谐振器的性能。

由图1B可知，空腔型薄膜体声波谐振器还包括：位于下电极131之下，自上而下依次层叠的支持层1321和衬底1322，其中，衬底1322位于支持层1321的两端。该空气腔能够将薄膜介质产生的声能量全反射回谐振器，提高谐振器的性能。

由图1C可知，隔膜型薄膜体声波谐振器还包括：位于下电极131之下，自上而下依次层叠的支持层1331和衬底1332，其中，谐振器和支持层1331下侧区域设置有空腔1333，空腔1333内装有空气。该空气腔能够将薄膜介质产生的声能量全反射回谐振器，提高谐振器的性能。

本发明将薄膜体声波谐振器应用于晶体管或包括晶体管的放大电路的高次谐波调谐，实现高次谐波短路，将能量全部反射回晶体管或包括晶体管的放大电路。当薄膜体声波谐振器与晶体管的高次谐波(nf₀，其中f₀为基波频率)发生谐振时，实现高次谐波短路，抑制谐波功率产生，提高放大器效率。特别是将多个薄膜体声波谐振器级联时，能够展宽谐振器的谐振频率，非常适合宽频带内对晶体管进行谐波处理。薄膜体声波谐振器的尺寸非常小，可在离放大器的核心元件晶体管或包括晶体管的放大电路最近的位置，进行谐波调谐。薄膜体声波谐振器应用于放大器谐波调谐，具有以下优点：一、缩小了谐波全反射端面到放大器核心元件晶体管或包括晶体管的放大电路之间的距离，进而减小谐波路径损耗，能够有效提高放大器效率；二、缩小了谐波路径导致的谐波色散，减小谐波信号的相位差异，同时将多个谐振器并联，能够展宽谐振器的谐振频率，适合宽带放大器谐波调谐，提升宽带放大器的效率；三、在离晶体管或包括晶体管的放大电路最近的位置实现高次谐波短路，将谐波信号完全反射回放大器，外匹配电路设计时，只需要考虑基波匹配网络，放大器外匹配电路简单，容易实现。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于薄膜体声谐振器谐波调谐放大器，包括：

底座、放大模块、信号输入端、信号输出端以及至少一组薄膜体声波谐振器，所述放大模块包括输入端、输出端和接地端，

所述放大模块的输入端与所述信号输入端之间和/或所述放大模块的输出端与所述信号输出端之间分别设置有至少一组薄膜体声波谐振器，所述放大模块的输入端和/或所述晶体管的输出端与所述薄膜体声波谐振器的一端电连接，用于谐波短路；

所述一组薄膜体声波谐振器包括至少一个薄膜体声波谐振器结构，所述一个薄膜体声波谐振器结构包括第一电极、第二电极、设置在所述第一电极和所述第二电极之间的介质薄膜层；

所述放大模块设置于所述底座之上，所述放大模块的接地端接地设置，所述放大模块的输入端与所述信号输入端电连接，所述放大模块的输出端与所述信号输出端电连接。

进一步地，所述放大模块为晶体管或者包括晶体管的放大电路。

进一步地，所述放大模块的接地端接地设置的实现方式为所述放大模块的接地端直接与所述底座电连接或通过电路与所述底座电连接，所述底座接地；或者所述放大模块的接地端单独接地。

进一步地，所述薄膜体声波谐振器为固态封装型薄膜体声波谐振器、空腔型薄膜体声波谐振器或隔膜型薄膜体声波谐振器；所述薄膜体声波谐振器的介质薄膜层的材料为压电介质薄膜氮化铝、氧化锌或铁电介质薄膜钛酸锶钡。

进一步地，还包括封装管壳，所述封装管壳包括管壳底座、管壳输入端和管壳输出端；所述底座为所述管壳底座，所述信号输入端为所述管壳输入端，所述信号输出端为所述管壳输出端。

进一步地，所述一组薄膜体声波谐振器还包括第一键合端和第二键合端，所述一组薄膜体声波谐振器中的任意一个所述薄膜体声波谐振器结构的第一电极与所述第一键合端和所述第二键合端电连接。

进一步地，若所述一组薄膜体声波谐振器包括一个薄膜体声波谐振器结构，所述一组薄膜体声波谐振器的第二电极与所述放大模块的接地端电连接。

进一步地，若所述一组薄膜体声波谐振器包括至少两个薄膜体声波谐振器结构，每个所述薄膜体声波谐振器结构的第二电极依次电连接，其余所述薄膜体声波谐振器结构的第一电极均与所述放大模块的接地端电连接。

进一步地，若所述放大模块的输出端与所述信号输出端之间设置有所述一组薄膜体声波谐振器，所述放大模块的输出端与所述一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述一组薄膜体声波谐振器的第二键合端通过键合线与所述信号输出端电连接。

进一步地，若所述放大模块的输出端与所述信号输出端之间设置有至少所述两组薄膜体声波谐振器，所述各组薄膜体声波谐振器的键合端通过键合线依次电连接，所述放大模块的输出端与所述第一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述最后一组薄膜体声波谐振器的第二键合端与所述信号输出端通过键合线电连接。

进一步地，若所述放大模块的输入端与所述信号输入端之间设置有所述一组薄膜体声波谐振器，所述信号输入端与所述一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述一组薄膜体声波谐振器的第二键合端与所述放大模块的输入端通过键合线电连接。

进一步地，若所述信号输入端与所述放大模块的输入端之间设置有至少所述两组薄膜体声波谐振器，所述各组薄膜体声波谐振器的键合端通过键合线依次电连接，所述信号输入端与所述第一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述最后一组薄膜体声波谐振器的第二键合端与所述晶体管的输入端通过键合线电连接。

进一步地，所述至少一组薄膜体声波谐振器集成在一起，集成后的薄膜体声波谐振器包括第一键合端和第二键合端，所述各组薄膜体声波谐振器的第二电极电连接，所述各组薄膜体声波谐振器中的一个薄膜体声波谐振器的第一电极依次电连接，且与所述第一键合端和所述第二键合端电连接，其余薄膜体声波谐振器的第一电极与所述放大模块的接地端电连接。

本发明实施例提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，利用薄膜体声波谐振器在离晶体管或包括晶体管的放大电路最近的位置对放大器进行谐波调谐，将高次谐波全部反射回晶体管，能够提高放大器效率。

附图说明

为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1A、图1B和图1C分别是本发明内容提供的固态封装型薄膜体声波谐振器、空腔型薄膜体声波谐振器和隔膜型薄膜体声波谐振器的剖视图。

图2A和图2B分别是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图和剖视图。

图3A、图3B和图3C分别是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的每组薄膜体声波谐振器的俯视图、沿A断面的剖视图和沿B断面的剖视图。

图4是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的晶体管的基波、二次谐波及三次谐波的负载牵引结果。

图5是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器对二次谐波进行匹配的电路图和匹配后的反射系数结果。

图6是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器对三次谐波进行匹配的电路图和匹配后的反射系数结果。

图7是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的基波匹配电路图及基波功率匹配后的反射系数结果。

图8是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的晶体管基波、二次谐波和三次谐波的阻抗匹配结果与晶体管负载牵引阻抗。

图9是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器进行基波外匹配电路设计后的输出功率及漏极效率与普通放大器采用现有技术在电路板上进行谐波处理后的输出功率及漏极效率。

图10是本发明实施例二提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的剖视图。

图11是本发明实施例三提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的剖视图。

图12是本发明实施例四提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图。

图13A、图13B、图13C和图13D分别是本发明实施例四提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的薄膜体声波谐振器的俯视图、沿A断面的剖视图、沿B断面的剖视图和沿C断面的剖视图。

图14是本发明实施例五提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图。

图15是本发明实施例六提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

实施例一：

图2A和图2B分别是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图和剖视图。如图2A和图2B所示，该放大器包括：

封装管壳11，封装管壳11包括管壳底座111、管壳输入端112和管壳输出端113。管壳输入端112为信号输入端，管壳输出端113为信号输出端。

放大模块12设置于底座111之上，放大模块12包括输入端122、输出端123和接地端121。

放大模块可以是晶体管，也可以是包括晶体管的放大电路。为了描述方便，本发明以放大模块为晶体管为例进行描述。

晶体管可以是氮化镓高电子迁移率晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管、金属氧化物场效应晶体管、横向金属氧化物场效应晶体管或结型晶体管。晶体管的接地端、输入端和输出端分别为晶体管的源极、栅极和漏极或者为晶体管的发射极、基极和集电极。下面以晶体管的接地端、输入端和输出端分别为晶体管的源极、栅极和漏极为例进行描述。

至少一组薄膜体声波谐振器13，一组薄膜体声波谐振器包括至少一个薄膜体声波谐振器结构。

其中，管壳底座111作为整个放大器的底座，管壳输入端112作为整个放大器的信号输入端，管壳输出端113作为整个放大器的信号输出端，晶体管12的接地端121接地设置，其中，接地端121接地设置的实现方式可以是晶体管12的接地端121直接与管壳底座111电连接，管壳底座111接地；也可以是，晶体管12的接地端121通过电路与管壳底座111电连接，管壳底座111接地；还可以是晶体管12的接地端121单独接地，晶体管12的输入端122与管壳输入端112电连接，晶体管12的输出端123与管壳输出端113电连接。至少一组薄膜体声波谐振器13设置于管壳输入端112与晶体管12的输入端122之间和/或晶体管12的输出端123与管壳输出端113之间，并与晶体管12的输入端122和/或晶体管12的输出端123电连接，至少一组薄膜体声波谐振器13用于谐波短路。其中，一组薄膜体声波谐振器包括至少一个薄膜体声波谐振器结构，一个薄膜体声波谐振器结构包括第一电极131、第二电极132，以及设置在第一电极131和第二电极132之间的介质薄膜层133，其中，介质薄膜层133的材料可以为压电介质薄膜氮化铝、氧化锌或铁电介质薄膜钛酸锶钡。

薄膜体声波谐振器可以为固态封装型薄膜体声波谐振器、空腔型薄膜体声波谐振器或隔膜型薄膜体声波谐振器。每组薄膜体声波谐振器可以包括至少一个薄膜体声波谐振器结构。其中，第一电极和第二电极可以分别为上电极和下电极或者下电极和上电极，下面以第一电极和第二电极分别为下电极和上电极为例进行描述。

为了描述方便，本发明以薄膜体声波谐振器为固态封装型薄膜体声波谐振器为例进行描述。

如图2A和图2B所示，优选地，该放大器还包括内匹配电容14和键合线15。

本实施例提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器有两组薄膜体声波谐振器，且设置于晶体管的漏极和管壳输出端之间，每组薄膜体声波谐振器包括三个薄膜体声波谐振器结构。内匹配电容设置于管壳输入端和晶体管的栅极之间。

图3A、图3B和图3C分别是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的每组薄膜体声波谐振器的俯视图、沿A断面的剖视图和沿B断面的剖视图。如图3A和图3B所示，每组薄膜体声波谐振器包括上电极132、介质薄膜层133、下电极131、第一键合端31、第二键合端32、布拉格反射层33、绝缘层34和基片35。此外，第一键合端31和第二键合端32与布拉格反射层33通过氧化硅介质层36进行隔离。布拉格反射层包括至少三组布拉格子反射层，如前面所述。每组薄膜体声波谐振器包括三个薄膜体声波谐振器结构。三个薄膜体声波谐振器结构的下电极分别为第一子下电极1311、第二子下电极1312和第三子下电极1313，每个子下电极之间通过介质薄膜隔开实现彼此之间绝缘，三个薄膜体声波谐振器谐振器结构共用上电极132和介质薄膜层133。实际工作时，第一子下电极1311、介质薄膜层133和上电极132构成第一薄膜体声波谐振器结构；第二子下电极1312、介质薄膜层133和上电极132构成第二薄膜体声波谐振器结构；第三子下电极1313、介质薄膜层133和上电极132构成第三薄膜体声波谐振器结构。其中第二个薄膜体声波谐振器结构的子下电极1312直接与第一键合端31和第二键合端32通过金属电极电连接。其余薄膜体声波谐振器结构的子下电极通过金属薄膜材料37和通孔38与管壳底座电连接。通孔38的侧壁上镀有导电金属。由图3A可知，金属薄膜材料37与键合端31和键合端32之间绝缘。

第二薄膜体声波谐振器结构与第三薄膜体声波谐振器结构可以具有相同的谐振频率，第一薄膜体声波谐振器结构的谐振频率可以高于第二薄膜体声波谐振结构和第三薄膜体声波谐振器结构的谐振频率。

如图2A和图2B所示，晶体管12、第一组薄膜体声波谐振器1301、第二组薄膜体声波谐振器1302、内匹配电容14位于管壳底座111之上。内匹配电容14与晶体管12的栅极和管壳输入端112通过键合线15电连接；晶体管12的漏极与第一组薄膜体声波谐振器1301的第一键合端通过键合线15电连接，第一组薄膜体声波谐振器1301的第二键合端与第二组薄膜体声波谐振器1302的第一键合端通过键合线15电连接，第二组薄膜体声波谐振器1302的第二键合端与管壳输出端113通过键合线15电连接。

本实施例一提供的薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的晶体管、薄膜体声波谐振器及内匹配电容焊接于管壳底座上，晶体管的源极可以通过通孔124与管壳底座电连接。通孔124侧壁上镀有导电金属。每组薄膜体声波谐振器中的薄膜体声波谐振器结构中的任意一个的下电极与第一键合端和第二键合端通过微带线电连接，其余下电极与晶体管的接地端电连接。

为描述方便，下面以晶体管为氮化镓场效应晶体管、基波工作频率为1.8-2.0GHz,二次谐波频率为3.6-4.0GHz，三次谐波频率为5.4-6.0GHz为例进行说明。

图4是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的晶体管的基波、二次谐波及三次谐波的负载牵引阻抗结果。本实施例一中，第一组薄膜体声波谐振器对晶体管的二次谐波进行调谐，将二次谐波短路。第一组薄膜体声波谐振器的谐振频率为3.6-4.0GHz，且调节键合线长度，使晶体管朝外看到的二次谐波阻抗值与负载牵引阻抗值相等。

图5是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器对晶体管二次谐波进行匹配的电路图和匹配后的反射系数结果。由图5可知，在3.6-4.0GHz频段，反射系数均小于-10dB，第一组薄膜体声波谐振器实现了二次谐波短路，将二次谐波能量全部反射回晶体管。

图6是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器对晶体管三次谐波进行调谐的电路图和匹配后的反射系数结果。在5.4-6.0GHz频段，第一组薄膜体声波谐振器相当于一个电容，第二组薄膜体声波谐振器对晶体管的三次谐波调谐时需要考虑第一组薄膜体声波谐振器的等价电容产生的影响。第二组薄膜体声波谐振器的谐振频率为5.4-6.0GHz。且第二组薄膜体声波谐振器与第一组薄膜体声波谐振器的等价电容C1、键合线后的阻抗值与晶体管的三次谐波阻抗相等。实现三次谐波短路，将三次谐波全部反射回晶体管。如图6所示，在5.4-6.0GHz频段，反射系数均小于-10dB，第二组薄膜体声波谐振器实现了三次谐波短路。

图7是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的基波匹配电路图及基波功率匹配后的反射系数结果。由图7可知，两组薄膜体声波谐振器在基波频段1.8-2.0GHz均等效为一个电容。将两个等效电容与键合线产生的电感对放大器进行输出预匹配，提高晶体管的输出阻抗。在本实施例一中，晶体管漏极端面处的负载牵引阻抗为Z_l＝2.35+1.52*j欧姆，经过薄膜体声波谐振器及键合线对其预匹配后，放大器的管壳输出端处的负载阻抗提升至Z_l＝4.8-6.3*j欧姆。在已有的预匹配阻抗基础上，对放大器基波进行输出外匹配网络设计。完成匹配后，将晶体管的阻抗值设置为负载牵阻抗值的共轭阻抗时，在1.8-2.0GHz，反射系数小于-25dB。该结果表明晶体管在1.8-2.0GHz频段，晶体管输出端完全匹配到了负载牵引阻抗。

图8是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的基波、二次谐波和三次谐波的阻抗匹配结果。其中，三角形代表本实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的基波、二次谐波及三次谐波的匹配阻抗，正方形代表晶体管的负载牵引阻抗。由图8可知，本实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器采用薄膜体声波谐振器实现了二次谐波及三次谐波短路，同时将薄膜体声波谐振器的等效电容及键合线用于基波输出预匹配，提高晶体管的输出阻抗，减小外匹配网络设计难度。

图9是本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器进行外匹配后的输出功率及漏极效率与普通放大器采用现有技术在电路板上进行谐波处理后的输出功率及漏极效率。其中，横坐标代表频率，纵坐标代表输出功率和漏极效率；最下面两条线代表输出功率；最上面两条线代表漏极效率；三角形代表本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的输出功率及漏极效率；圆形代表普通放大器采用现有技术在电路板上进行谐波处理后的输出功率及漏极效率。由图9可知，两种放大器的输出功率基本一致，输出功率最大差异小于0.3dB。本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器在1.8GHz-2.0GHz频段的漏极效率大于70％。与普通放大器在电路板进行谐波处理相比，本发明实施例一提供的在晶体管的漏极和管壳输出端之间设置有两组薄膜体声波谐振器，对晶体管的二次谐波及三次谐波进行处理，放大器的漏极效率提高4.7个百分点。

本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，通过在放大器输出端设有两组薄膜体声波谐振器，第一组薄膜体声波谐振器实现晶体管二次谐波短路，第二组薄膜体声波谐振器实现晶体管三次谐波短路。该放大器直接在放大器封装管壳内进行谐波处理，与现有谐波处理技术相比，直接大大缩短了谐波处理端面到谐波源距离，有效降低谐波功率损耗，提高放大器的漏极效率。此外，该放大器直接将谐波调谐的薄膜体声波谐振器的等效电容及键合线用于放大器的输出预匹配，提高放大器的输出阻抗，降低放大器基波外匹配难度。

实施例二：

图10是本发明实施例二提供的基于薄膜体声谐振器谐波调谐放大器的剖视图。与本发明实施例一提供的放大器不同的是，该放大器不需要封装管壳，直接将底座嵌入热沉之上，晶体管的栅极与输入匹配网络电连接，晶体管的漏极与输出匹配网络电连接。如图10所示，该放大器包括晶体管12、第一薄膜体声波谐振器组1301、第二薄膜体声波谐振器组1302、底座11、热沉16、内匹配电容14、键合线15以及PCB(印刷线路板，PrintedCircuitBoard)。PCB包括介质21、输入匹配网络22和输出匹配网络23。本实施例的薄膜体声波谐振器与本发明实施例一的薄膜体声波谐振器结构完全相同。底座11可以为散热好、热膨胀系数与晶体管匹配的金属材料或者金属合金。热沉为导热好的金属材料。

本实施二提供的薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的信号输入端为输入匹配网络22，信号输出端为输出匹配网络23。本实施例直接将晶体管12和薄膜体声波谐振器13、内匹配电容14焊接于底座11之上，将晶体管12的栅极与信号输入端直接通过键合线15电连接，晶体管12的漏极与信号输出端通过键合线电连接。

本发明实施例二提供的基于薄膜体声谐振器谐波调谐放大器不需要封装管壳，直接在底座上离放大器的核心元件晶体管最近的位置加入两组薄膜体声波谐振器进行谐波调谐，第一组薄膜体声波谐振器实现晶体管二次谐波短路，第二组薄膜体声波谐振器实现晶体管三次谐波短路，提高放大器的漏极效率。

实施例三：

本发明实施例三提供的基于薄膜体声谐振器谐波调谐放大器可以基于实施例一或实施例二进行改进。为描述方便，以实施例一进行改进为例进行说明。图11是本发明实施例三提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的剖视图。如图11所示，该放大器封装管壳内的晶体管输出端设有两组薄膜体声波谐振器。与本发明实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器不同的是，该放大器的晶体管的漏极不仅与第一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，同时还以管壳输出端通过键合线电连接。第二组薄膜体声波谐振器的第二键合端悬空。该放大器的第一组薄膜体声波谐振器对二次谐波处理，第二组薄膜体声波谐振器对三次谐波进行处理。

本发明实施例三提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，通过在放大器输出端设有两组薄膜体声波谐振器，第一组薄膜体声波谐振器实现晶体管二次谐波短路，第二组薄膜体声波谐振器实现晶体管三次谐波短路。该放大器直接在放大器封装管壳内进行谐波处理，有效降低谐波损耗功率，提高放大器的漏极效率，此外，放大器已经在封装管壳内进行谐波处理，可以达到降低放大器外匹配难度的作用。

实施例四：

本发明实施例四提供的基于薄膜体声谐振器谐波调谐放大器可以基于实施例一或实施例二进行改进。为描述方便，以实施例一进行改进为例进行说明。图12是本发明实施例四提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图。如图12所示，与本发明实施例一或实施例一提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器不同的是，直接将两组薄膜体声波谐振器集成在一起。每组薄膜体声波谐振器仍包括3个薄膜体声波谐振器结构。

图13A、图13B、图13C和图13D分别是本发明实施例四提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的薄膜体声波谐振器的俯视图、沿A断面的剖视图、沿B断面的剖视图和沿C断面的剖视图。其连接关系如实施例一所示。实际工作时，子上电极1321、子下电极13111、13121、13131和介质薄膜层133构成第一组薄膜体声波谐振器；子上电极1322、子下电极13112、13122、13132和介质薄膜层133构成第二组薄膜体声波谐振器。

本发明实施例四提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，通过在放大器输出端设有将两组薄膜体声波谐振器集成在一起的薄膜体声波谐振器，第一组薄膜体声波谐振器实现晶体管二次谐波短路，第二组薄膜体声波谐振器实现晶体管三次谐波短路。该放大器直接在放大器封装管壳内进行谐波处理，有效降低谐波损耗功率，提高放大器的漏极效率。

实施例五：

图14是本发明实施例五提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图。如图14所示，该放大器的晶体管的栅极与管壳输入端之间和晶体管的漏极与管壳输出端之间分别设有一组薄膜体声波谐振器，每组薄膜体声波谐振器的包括3个薄膜体声波谐振器结构。该放大器的管壳输入端和管壳输出端可分别进行一个高次谐波处理。如：管壳输入端进行二次谐波处理，管壳输出端也进行二次谐波处理；或者管壳输入进行二次谐波处理，管壳输出进行三次谐波处理。

本发明实施例五提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，通过在放大器输入端和输出端分别设有一组薄膜体声波谐振器，实现输入、输出端高次谐波短路。该放大器直接在放大器封装管壳内进行谐波处理，提高放大器的漏极效率。此外，该放大器直接将谐波调谐的薄膜体声波谐振器的等效电容及键合线用于放大器的输出预匹配，提高放大器的输出阻抗，降低放大器外匹配难度。

实施例六：

图15是本发明实施例六提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的俯视图。如图15所示，与本发明实施例五提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器不同的是，该放大器的晶体管的栅极与管壳输入端之间和晶体管的漏极与管壳输出端之间分别设有两组薄膜体声波谐振器。其在管壳输入端和管壳输出端分别同时进行二次谐波及三次谐波处理。

本发明实施例六提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，通过在放大器输入端和输出端分别设有两组薄膜体声波谐振器，输入端和输出端的一组薄膜体声波谐振器实现晶体管的二次谐波短路，另一组薄膜体声波谐振器实现晶体管的三次谐波短路。该放大器直接在放大器封装管壳内进行谐波处理，有效降低谐波功率，提高放大器的漏极效率。

需要说明的是，本发明提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的晶体管的栅极与信号输入端之间和/或晶体管的漏极与信号输出端之间可以设有至少两组薄膜体声波谐振器，每组薄膜体声波谐振器对晶体管的一种高次谐波进行调谐。本发明提供的基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器的每组薄膜体声波谐振器包括至少一个薄膜体声波谐振器结构。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用的技术原理。本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由权利要求的范围决定。

Claims (13)

1.一种基于薄膜体声波谐振器谐波调谐放大器，其特征在于，包括：

底座、放大模块、信号输入端、信号输出端以及至少一组薄膜体声波谐振器，所述放大模块包括输入端、输出端和接地端；

所述放大模块的输入端与所述信号输入端之间和/或所述放大模块的输出端与所述信号输出端之间分别设置有至少一组薄膜体声波谐振器，所述放大模块的输入端和/或所述放大模块的输出端与所述薄膜体声波谐振器的一端电连接，用于谐波短路；

所述一组薄膜体声波谐振器包括至少一个薄膜体声波谐振器结构，所述一个薄膜体声波谐振器结构包括第一电极、第二电极、设置在所述第一电极和所述第二电极之间的介质薄膜层；

所述放大模块设置于所述底座之上，所述放大模块的接地端接地设置，所述放大模块的输入端与所述信号输入端电连接，所述放大模块的输出端与所述信号输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大模块为晶体管或者包括晶体管的放大电路。

3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大模块的接地端接地设置的实现方式为所述放大模块的接地端直接与所述底座电连接或通过电路与所述底座电连接，所述底座接地；或者所述放大模块的接地端单独接地。

4.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述薄膜体声波谐振器为固态封装型薄膜体声波谐振器、空腔型薄膜体声波谐振器或隔膜型薄膜体声波谐振器；所述薄膜体声波谐振器的介质薄膜层的材料为压电介质薄膜氮化铝、氧化锌或铁电介质薄膜钛酸锶钡。

5.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，还包括封装管壳，所述封装管壳包括管壳底座、管壳输入端和管壳输出端；所述底座为所述管壳底座，所述信号输入端为所述管壳输入端，所述信号输出端为所述管壳输出端。

6.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述一组薄膜体声波谐振器还包括第一键合端和第二键合端，所述一组薄膜体声波谐振器中的任意一个所述薄膜体声波谐振器结构的第一电极与所述第一键合端和所述第二键合端电连接。

7.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，若所述一组薄膜体声波谐振器包括一个薄膜体声波谐振器结构，所述一组薄膜体声波谐振器的第二电极与所述放大模块的接地端电连接。

8.根据权利要求6所述的放大器，其特征在于，若所述一组薄膜体声波谐振器包括至少两个薄膜体声波谐振器结构，每个所述薄膜体声波谐振器结构的第二电极依次电连接，其余所述薄膜体声波谐振器结构的第一电极均与所述放大模块的接地端电连接。

9.根据权利要求7或8所述的放大器，其特征在于，若所述放大模块的输出端与所述信号输出端之间设置有所述一组薄膜体声波谐振器，所述放大模块的输出端与所述一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述一组薄膜体声波谐振器的第二键合端通过键合线与所述信号输出端电连接。

10.根据权利要求7或8所述的放大器，其特征在于，若所述放大模块的输出端与所述信号输出端之间设置有至少所述两组薄膜体声波谐振器，所述各组薄膜体声波谐振器的键合端通过键合线依次电连接，所述放大模块的输出端与所述第一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述最后一组薄膜体声波谐振器的第二键合端与所述信号输出端通过键合线电连接。

11.根据权利要求7或8所述的放大器，其特征在于，若所述放大模块的输入端与所述信号输入端之间设置有所述一组薄膜体声波谐振器，所述信号输入端与所述一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述一组薄膜体声波谐振器的第二键合端与所述放大模块的输入端通过键合线电连接。

12.根据权利要求7或8所述的放大器，其特征在于，若所述信号输入端与所述放大模块的输入端之间设置有至少所述两组薄膜体声波谐振器，所述各组薄膜体声波谐振器的键合端通过键合线依次电连接，所述信号输入端与所述第一组薄膜体声波谐振器的第一键合端通过键合线电连接，所述最后一组薄膜体声波谐振器的第二键合端与所述放大模块的输入端通过键合线电连接。

13.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述至少一组薄膜体声波谐振器集成在一起，集成后的薄膜体声波谐振器包括第一键合端和第二键合端，所述各组薄膜体声波谐振器的第二电极电连接，所述各组薄膜体声波谐振器中的一个薄膜体声波谐振器的第一电极依次电连接，且与所述第一键合端和所述第二键合端电连接，其余薄膜体声波谐振器的第一电极与所述放大模块的接地端电连接。