CN108173522A - 栅极电源偏置电路和功率放大器 - Google Patents

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董毅敏
蔡道民
汪江涛
高学邦
段雪
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Abstract

本发明涉及放大器技术领域，提供了栅极电源偏置电路和功率放大器。该栅极电源偏置电路应用于毫米波功率放大器，包括：微带线，一端与毫米波功率放大器中的高电子迁移率晶体管HEMT的栅极连接；第一电阻单元，一端与所述微带线的另一端连接；第二电阻单元，第一端与所述第一电阻单元的另一端连接，第二端与外部栅极电源连接；去耦电容，一端与所述第二电阻单元的第一端连接，另一端接地；其中，所述第二电阻单元用于对所述去耦电容未能处理的低频信号形成高阻，抑制低频耦模振荡。采用上述栅极电源偏置电路的功率放大器低频信号下的稳定性较好。

Description

栅极电源偏置电路和功率放大器
技术领域
本发明属于放大器技术领域，尤其涉及栅极电源偏置电路和功率放大器。
背景技术
根据通信原理，无线通信的最大信道带宽大约是载波频率的5％左右，因此载波频率越高，可实现的信号带宽也越大，而带宽则进一步直接决定了数据的最高传输速率。在毫米波频段中，24.25-27.5GHz频段使用在5G的一个频段，其可用频谱带宽可达1GHz，相比而言，4G-LTE频段最高频率的载波在2GHz上下，而可用频谱带宽只有100MHz。因此，使用毫米波频段，频谱带宽会有10倍至20倍的提升，最高数据传输速率相比4G提高20倍将成为现实。宽禁带氮化镓(GaN)半导体功率器件具备高温、大功率、抗辐射等特性，比砷化镓(GaAs)具有更优越的性能和更宽的应用前景。
而在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下不足：在第五代移动通信系统中的毫米波通信频段，传统的GaN功率放大器对低频信号的去耦能力较差，导致GaN功率放大器稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了栅极电源偏置电路和功率放大器，以解决现有技术中GaN功率放大器稳定性较差的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种栅极电源偏置电路，应用于毫米波功率放大器，包括：
微带线，一端与毫米波功率放大器中的高电子迁移率晶体管HEMT的栅极连接；
第一电阻单元，一端与所述微带线的另一端连接；
第二电阻单元，第一端与所述第一电阻的另一端连接，第二端与外部栅极电源连接；
去耦电容，一端与所述第二电阻单元的第一端连接，另一端接地；
其中，所述第二电阻单元用于对所述去耦电容未能处理得低频信号形成高阻，抑制低频耦模振荡。
可选的，所述第二电阻单元的阻值范围为180欧姆至220欧姆。
可选的，所述第二电阻单元包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别与所述第二电阻单元的两端连接。
可选的，所述第二电阻R2为可调电阻。
可选的，所述第二电阻R2的个数为两个以上。
可选的，所述第一电阻单元包括第一电阻R1。
可选的，所述微带线为1/4波长微带线。
本发明实施例的第二方面提供了一种功率放大器，包括多级级联放大单元和多个如本发明实施例第一方面中所述的任一种栅极电源偏置电路，每级级联放大单元对应两个所述栅极电源偏置电路。
可选的，所述多级级联放大单元为三级级联放大单元，每级级联放大单元之间的推比为1:2:4。
可选的，每级级联放大单元之间通过匹配网络连接，所述匹配网络包括：串联的第三电阻和第一电容。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例，第一电阻单元为提高功率放大器稳定性的电阻单元，用于抵消HEMT的负阻，由于毫米波功率放大器工作在24.25GHz-27.5GHz的毫米波段，去耦电容C1较小，对低频信号(1GHz以下)的去耦能力大大减弱，另外HEMT栅极电流很小，几乎为零，所以第二电阻单元不会产生压降，对HEMT的静态工作点无影响，对于去耦电容C1未能处理的低频信号形成高阻，有利于抑制低频偶模振荡，从而提高功率放大器的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的栅极电源偏置电路的结构框图；
图2是本发明实施例提供的栅极电源偏置电路的电路原理图；
图3是本发明实施例提供的栅极电源偏置电路的又一电路原理图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
图1示出了本实施例中的栅极电源偏置电路的结构框图，参见图1，该栅极电源偏置电路应用于毫米波功率放大器，包括微带线100、第一电阻单元200、第二电阻单元300和去耦电容C1。
微带线100的一端与毫米波功率放大器中的高电子迁移率晶体管HEMT的栅极连接。
第一电阻单元200的一端与所述微带线100的另一端连接。
第二电阻单元300的第一端与所述第一电阻单元200的另一端连接，第二电阻单元300的第二端与外部栅极电源Vg连接。
去耦电容C1的一端与所述第二电阻单元300的第一端连接，去耦电容C1的另一端接地。
其中，所述第二电阻单元300用于对所述去耦电容C1未能处理得低频信号形成高阻，抑制低频耦模振荡。
上述栅极电源偏置电路，第一电阻单元200为提高功率放大器稳定性的电阻单元，用于抵消HEMT的负阻，由于毫米波功率放大器工作在24.25GHz-27.5GHz的毫米波段，去耦电容C1较小，对低频信号(1GHz以下)的去耦能力大大减弱，另外HEMT栅极电流很小，几乎为零，所以第二电阻单元300不会产生压降，对HEMT的静态工作点无影响，对于去耦电容C1未能处理的低频信号形成高阻，有利于抑制低频偶模振荡，从而提高功率放大器的稳定性。
作为一种可实施方式可实施方式，所述第二电阻单元300的阻值范围可以为180欧姆至220欧姆。例如，所述第二电阻单元300的阻值可以为200欧姆、180欧姆或220欧姆。所述第二电阻单元300的阻值不可过大也不可过小，在200欧姆时效果较佳。
参见图2，一个实施例中，所述第二电阻单元300可以包括第二电阻R2；第二电阻R2的两端分别与所述第二电阻单元300的两端连接。其中，第二电阻单元300的内部电路结构包括但不限于电阻。本实施例中，第二电阻单元300包括第二电阻R2，实现容易且器件简单、成本较低。
作为一种可实现方式，所述第二电阻R2可以为可调电阻。其中，该可调电阻的阻值范围为180欧姆至220欧姆。通过调节第二电阻R2的阻值，能够使得功率放大器获得更佳的性能。
作为另一种可实现方式，所述第二电阻R2为定值电阻，且所述第二电阻单元300包括至少一个第二电阻R2。具体的，所述第二电阻单元300包括两个以上的第二电阻R2，各个第二电阻R2之间通过串联和/或并联的方式连接，形成第二电阻单元300。
例如，参见图3，所述第二电阻单元300包括两个相串联的第二电阻R2。每个第二电阻R2的阻值范围为90欧姆至110欧姆，两个串联的第二电阻R2的阻值范围为180欧姆至220欧姆。需要说明的是，两个第二电阻R2的阻值可以相等，也可以不等，两个串联的第二电阻R2的组织范围为180欧姆至220欧姆即可。而且所述第二电阻单元300包括两个相串联的第二电阻R2只是示例性说明，并不限于此，本领域技术人员可以根据上述内容很容易的得出所述第二电阻单元300还可以包括更多的第二电阻R2，且各个第二电阻R2之间的连接关系并不限于串联。
作为一种可实施方式，参见图2，第一电阻单元100可以包括第一电阻R1。第一电阻R1的阻值范围可以根据产品参数进行设定。同样的，第一电阻单元100也可以包括至少一个第一电阻R1，各个第一电阻R1之间通过串联和/或并联的方式形成所述第一电阻单元100。
本实施例中，所述微带线100为1/4波长微带线。
实施例二
对应于实施例一种的栅极电源偏置电路，本实施例提供一种功率放大器，包括多级级联放大单元和多个如实施例一中所述的任一种栅极电源偏置电路，其中每级级联放大单元对应两个所述栅极电源偏置电路。
可选的，所述多级级联放大单元为三级级联放大单元，每级级联放大单元之间的推比为1:2:4。在每一级的栅极均采用改进后的栅极电源偏置电路，在设计过程中对改进后的栅极电源偏置电路器件参数进行优化，与传统方案相比，放大器输出功率没有降低，稳定因子K在低频频段更大。
可选的，每级级联放大单元之间通过匹配网络连接，所述匹配网络包括相串联的第三电阻和第一电容。
另外，参见图2和图3，HEMT的漏极D还通过微带线400与外部漏极电源Vd连接，且电容C2一端连接外部漏极电源Vd，另一端接地。
上述功率放大器，第一电阻单元200为提高功率放大器稳定性的电阻单元，用于抵消HEMT的负阻，由于毫米波功率放大器工作在24.25GHz-27.5GHz的毫米波段，去耦电容C1较小，对低频信号(1GHz以下)的去耦能力大大减弱，另外HEMT栅极电流很小，几乎为零，所以第二电阻单元300不会产生压降，对HEMT的静态工作点无影响，对于去耦电容C1未能处理的低频信号形成高阻，有利于抑制低频偶模振荡，从而提高功率放大器的稳定性。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种栅极电源偏置电路，应用于毫米波功率放大器，其特征在于，包括：
微带线，一端与毫米波功率放大器中的高电子迁移率晶体管HEMT的栅极连接；
第一电阻单元，一端与所述微带线的另一端连接；
第二电阻单元，第一端与所述第一电阻单元的另一端连接，第二端与外部栅极电源连接；
去耦电容，一端与所述第二电阻单元的第一端连接，另一端接地；
其中，所述第二电阻单元用于对所述去耦电容未能处理得低频信号形成高阻，抑制低频耦模振荡。
2.如权利要求1所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述第二电阻单元的阻值范围为180欧姆至220欧姆。
3.如权利要求2所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述第二电阻单元包括第二电阻R2，第二电阻R2的两端分别与所述第二电阻单元的两端连接。
4.如权利要求3所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述第二电阻R2为可调电阻。
5.如权利要求3所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述第二电阻R2的个数为两个以上。
6.如权利要求1至5任一项所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述第一电阻单元包括第一电阻R1。
7.如权利要求1至5任一项所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述微带线为1/4波长微带线。
8.一种功率放大器，其特征在于，包括多级级联放大单元和多个如权利要求1至7任一项所述的栅极电源偏置电路，每级级联放大单元对应两个所述栅极电源偏置电路。
9.如权利要求8所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，所述多级级联放大单元为三级级联放大单元，每级级联放大单元之间的推比为1:2:4。
10.如权利要求9所述的栅极电源偏置电路，其特征在于，每级级联放大单元之间通过匹配网络连接，所述匹配网络包括：串联的第三电阻和第一电容。
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