CN109921752A - 一种功率放大器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种功率放大器。所述功率放大器包括：晶体管M，所述晶体管M为GAN高功率晶体管；第一偏置电压电路110、第二偏置电压电路120、输入匹配电路130和输出匹配电路140；所述输入匹配电路130包括第一匹配电路，所述第一匹配电路用于调节所述输入匹配电路130的输入阻抗；所述输出匹配电路140包括第二匹配电路，所述第二匹配电路用于调节所述输出匹配电路140的输出阻抗。

Description

一种功率放大器

交叉引用

本申请主张2018年9月28日提交的中国专利No.201811141912.5的优先权。上述申请的内容以引用方式被包含于此。

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种功率放大器。

背景技术

随着功率放大技术的发展，输入信号的功率在散热等形式上的耗能问题越来越明显，当输出为10W输出时，附加功率效率(power added efficiency，PAE)只能达到40％，这意味着很大一部分的功率都耗费在散热上，降低了放大的效能，同时也提高了使用成本。现有的技术需要投入很大成本的去解决散热的问题，并且功率放大器本身的体积会很大，再加上散热片、风扇等，这对设计上、轻量级上有着很大的挑战。因此，有必要开发一种功率放大电路，来提高功率放大的效能和减少功率放大产品的体积。

发明内容

本申请实施例之一提供一种功率放大器。所述功率放大器包括：晶体管M，所述晶体管M为GAN高功率晶体管；第一偏置电压电路110、第二偏置电压电路120、输入匹配电路130和输出匹配电路140；所述输入匹配电路130包括第一匹配电路，所述第一匹配电路用于调节所述输入匹配电路130的输入阻抗；所述输出匹配电路140包括第二匹配电路，所述第二匹配电路用于调节所述输出匹配电路140的输出阻抗。

在一些实施例中，所述晶体管M采用CGH40045F。

在一些实施例中，所述输入匹配电路130还包括：第一电容C1、第二电容C2和第一传输线TL1，其中，所述第一电容C1的第一端口与输入端口相连接，所述第一电容C1的第二端口分别与所述第一传输线TL1和第二电容C2的第一端口相连接，所述第二电容C2的第二端口接地，所述第一传输线TL1的第二端口与第一匹配电路的第一端口相连接，所述第一匹配电路的第二端口与所述晶体管M的栅极相连接。

在一些实施例中，所述第一匹配电路包括微带线M1、M2和M3，其中，所述微带线M1、M2和M3依次连接，所述微带线M1、M2和M3的轴线相互平行，所述微带线M1的另一端与所述第一传输线TL1的第二端口相连接，所述微带线M3的另一端与所述晶体管M的栅极相连接。

在一些实施例中，所述微带线M1、M2和M3的阻抗逐渐减少。

在一些实施例中，所述微带线M1的宽度为4.6毫米至8.6毫米，所述微带线M1的长度为4.8毫米至8.8毫米；所述微带线M2的宽度为10毫米至14毫米，所述微带线M2的长度为1毫米至5毫米；所述微带线M3的宽度为13.8毫米至17.8毫米，所述微带线M3的长度为1.2毫米至5.2毫米。

在一些实施例中，所述第二匹配电路包括：微带线M4、M5、M6、第三电容C3和第四电容C4，其中，所述微带线M4和M6的轴线相互平行，并且所述微带线M4和M6与所述微带线M5的轴线相互垂直，所述微带线M4的一端与所述第二偏置电压电路120和第三电容C3的一端相连接，所述第三电容C3的另一端接地，所述微带线M6的一端与第四电容C4的一端相连接，所述第四电容C4的另一端接地，所述输出匹配电路140还包括：第五电容C5、第二传输线TL2和第六电容C6，其中，所述微带线M5的一端与所述晶体管M的漏极相连接，所述微带线M5的另一端与所述第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端与所述第二传输线TL2的一端相连接，所述传输线TL2的另一端分别与输出端口与第六电容C6的一端相连接，所述第六电容C6的另一端接地。

在一些实施例中，所述微带线M4的宽度为0.6毫米至4.6毫米，所述微带线M4的长度为8毫米至12毫米；所述微带线M5的宽度为8毫米至12毫米，所述微带线M5的长度为14.7毫米至18.7毫米；所述微带线M6的宽度为0.6毫米至4.6毫米，所述微带线M6的长度为8毫米至12毫米。

在一些实施例中，所述第一偏置电压电路110用于给所述晶体管M提供门限电压，包括：第一外部电源单元和第一直流偏置单元，所述第一直流偏置单元的一端与第一电容C1的第二端口相连接，所述第一直流偏置单元的另一端与所述第一外部电源单元相连接。

在一些实施例中，所述第二偏置电路120用于给所述晶体管M提供工作电压，包括：第二外部电源单元和第二直流偏置单元，所述第二直流偏置单元的一端与所述微带线M4相连接，所述第二直流偏置单元的另一端分别与所述第二外部电源单元相连接。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的基本结构示意图；

图2是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的具体结构示意图；

图3是根据本申请一些实施例所示的功率放大器不包含输入匹配电路的仿真电路示意图；

图4是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的不包含输入匹配电路的效果示意图；

图5是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的输入匹配电路的仿真电路示意图；

图6是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的包含输入匹配电路的效果示意图；

图7是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的具体结构示意图；

图8是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的硬件示意图；

图9是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的最终效果示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的结构示意图。

如图1所示，该功率放大器可以包括：晶体管M，所述晶体管M为GAN高功率晶体管；第一偏置电压电路110、第二偏置电压电路120、输入匹配电路130和输出匹配电路140；所述输入匹配电路130包括第一匹配电路，所述第一匹配电路用于调节所述输入匹配电路130的输入阻抗；所述输出匹配电路140包括第二匹配电路，所述第二匹配电路用于调节所述输出匹配电路140的输出阻抗。

本申请采用E类功放的设计方法，E类功放的设计方法具体是由单个晶体管和负载网络所组成，在待放大的射频信号的激励下，晶体管呈开关状态，基于E类功放设计的电路能够使得所述晶体管需要待管压降低至最低时，电流才能导通，可以防止高电压、大电流同时存在。

本申请中，采用E类功放的设计方法，使得当有效信号输入时，所述晶体管M呈工作状态，所述输入匹配电路130和输出匹配电路140处于工作状态，当没有有效信号输入时，所述晶体管M呈闭合状态，输入匹配电路130和输出匹配电路140不处于工作状态。在一些实施例中，所述有效信号是指存在待放大的射频信号，所述工作状态是指输入匹配电路130和输出匹配电路140分别能够获取到待放大的射频信号和能够输出经晶体管放大的射频信号。

所述晶体管M用于对所述待放大的射频信号进行放大，并传输放大后的射频信号至输出匹配电路。在一些实施例中，所述晶体管M采用CGH40045F或其它性能相近的GaN晶体管。

CGH40045F芯片是CREE公司的一种高功率GaN晶体管，可以应用于宽带高功率放大器的设计。

在一些实施例中，根据所述输入匹配电路中各个元件的配合，所述输入匹配电路130能够根据晶体管M(例如，CGH40045F或者WOLFSPEED芯片)的输入阻抗，结合待放大的输入信号的频段特征和内阻进行匹配，使得待放大的输入信号以最大的功率输入到所述晶体管M中。根据所述输出匹配电路140中各个元件的配合，所述输出匹配电路140能够根据晶体管M(例如，CGH40045F或者WOLFSPEED芯片)输出阻抗特征，结合待放大的输入信号的频段特征和内阻进行匹配，使得经过所述晶体管M进行功率放大处理后的信号以最大的功率输出。

图2是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的具体结构示意图。

在一些实施例中，所述输入匹配电路130用于接收待放大的射频信号，并传输所述待放大的射频信号至所述晶体管M，可以包括：第一匹配电路、第一电容C1、第二电容C2和第一传输线TL1。

在一些实施中，所述输入匹配电路130包含有第一匹配电路，如图2左侧的阴影部分所示，所述第一匹配电路，能够根据所述晶体管M输入阻抗，结合待放大的输入信号的频段和内阻特征进行匹配，使得待放大的输入信号以最大的功率输入到所述晶体管M中。

如图2所示，Pin端口为输入匹配电路130的输入端口，Pout端口为输出匹配电路140的输出端口。

在一些实施例中，所述第一匹配电路具有可以包括：所述第一匹配电路包括微带线M1、M2和M3，其中，所述微带线M1、M2和M3依次连接，所述微带线M1、M2和M3的轴线相互平行，所述微带线M1的另一端与所述第一传输线TL1的第二端口相连接，所述微带线M3的另一端与所述晶体管M的栅极相连接。

在一些实施例中，所述微带线M1、M2和M3的阻抗依次减小。在一些实施例中，所述微带线M1的宽度为4.6毫米至8.6毫米，所述微带线M1的长度为4.8毫米至8.8毫米；所述微带线M2的宽度为10毫米至14毫米，所述微带线M2的长度为1毫米至5毫米；所述微带线M3的宽度为13.8毫米至17.8毫米，所述微带线M3的长度为1.2毫米至5.2毫米。

如图2所示，所述输入匹配电路130还可以包括：第一电容C1、第二电容C2和第一传输线TL1，其中，所述第一电容C1的第一端口与输入端口相连接，所述第一电容C1的第二端口与所述第一传输线TL1和第二电容C2的第一端口相连接，所述第二电容C2的第二端口接地，所述第一传输线TL1的第二端口与第一匹配电路的第一端口相连接，所述第一匹配电路的第二端口与所述晶体管M的栅极相连接。

需要说明的是，所述“第一端口”和“第二端口”仅是为了区分电路元件的两个端口，以便说明该电路元件与其他电路元件的连接结构。

在一些实施例中，第一电容C1可以用于直流阻断。所述第一传输线TL1可以提供输入电抗。所述第二电容C2可以用于滤除谐波。

在一些实施例中，在所述输入匹配电路130中，根据所述晶体管M特性，可以将输入信号的最大功率设置为不超过40dbm，将输入信号的频率范围设置为在2.4GHz到2.5GHz范围内。

作为本申请一种可选的示例，第一电容C1的电容值可以为6.8pF，第二电容C2的电容值可以为2.7pF，第一传输线TL1的电抗值可以为50欧姆。所述微带线M1的宽度和长度分别为6.6毫米和6.8毫米，所述微带线M2的宽度和长度分别为12毫米和3毫米，所述微带线M3的宽度和长度分别为15.8毫米和3.2毫米。

图3是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的不包含输入匹配电路的仿真电路示意图。

在一些实施例中，可以设置电路仿真时需要的电路参数，包括基板相对介电常数Er、基板厚度H、金属层厚度T、表面粗糙度Rho、损耗角正切Tsnd等，例如，将Er设置为3.55、H设置为0.813毫米、T设置为0.07毫米、Rho设置为1、Tsnd设置为0.0021。如图3所示，端口P1、P3、P4分别与偏置器相连接，偏置器分别与电源单元U1和晶体管M的栅极相连接，晶体管M的源极接地，晶体管M的漏极与传输线TL13的一端相连接，传输线TL13的另一端与传输线TL6的第一端口相连接，传输线TL6的第三端口与传输线TL11的一端相连接，传输线TL11的另一端与传输线TL8的一端相连接，传输线TL6的第二端口与传输线TL10的一端相连接，传输线TL10的另一端与传输线TL23的一端相连接，传输线TL23的另一端与传输线TL24的一端相连接，传输线TL24的另一端与传输线TL16的第四端口相连接，传输线TL16的第一端口与传输线TL1的一端相连接，传输线TL1的另一端与电容C12的一端相连接，电容C12的另一端接地，传输线TL16的第三端口与传输线TL4的一端相连接，传输线TL4的另一端与电容C5的一端相连接，电容C5的另一端接地，传输线TL6的第四端口与传输线TL12的一端相连接，传输线TL12的另一端与传输线TL7的一端相连接，传输线TL7的另一端与传输线TL22的一端相连接，传输线TL22的另一端与传输线TL17的第二端口相连接，传输线TL17的第一端口与传输线TL2的一端相连接，传输线TL2的一端与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端接地，传输线TL17的第三端口与传输线TL15的一端相连接，传输线TL15的另一端与电容C6的一端相连接，电容C6的另一端接地。

P1、P3、P4为端口，等效阻抗皆为50欧姆；设置传输线TL1的长度为0毫米，宽度为2.8毫米；设置传输线TL2的长度为0毫米，宽度为2.8毫米；设置传输线TL4的长度为0毫米，宽度为2.8毫米；设置传输线TL7的角度为90度，半径为2毫米；设置传输线TL10的长度为10毫米，宽度为2.6毫米；设置传输线TL11的长度为16.7毫米，宽度为10毫米；设置传输线TL12的长度为10毫米，宽度为2.6毫米；设置传输线TL13的长度为2毫米，宽度为10毫米；设置传输线TL15的长度为0毫米，宽度为2.8毫米；设置传输线TL22的长度为2毫米，宽度为2.6毫米；设置传输线TL23的角度为90度，半径为2毫米；设置传输线TL24的长度为2毫米，宽度为2.6毫米；设置传输线TL6、传输线TL17、传输线TL16为四端口的连接线；设置电容C1的电容值为2pF；设置电容C5的电容值为6.8pF；设置电容C6的电容值为6.8pF；设置电容C12的电容值为2pF；设置U1提供的电压值为-3.5V。

图4是根据本申请一些实施例所示的不包含输入匹配电路的效果示意图。

如图4所示，横坐标表示功率放大器的输入信号的频率，右侧的纵坐标表示功率放大器的输出功率，左侧的纵坐标表示功率放大器的附加功率效率(power addedefficiency，PAE)。如图4所示，当输入信号的频率分别为2.3GHZ、2.4GHz和2.5GHZ频点的情况下，对应的输出功率为分别48.48dBm、47.54dbm和46.54dbm，对应的PAE分别为75.72％、80.78％和77.88％。输出信号的PAE先逐渐增加然后逐渐减少，对应的输出功率先逐渐增加然后逐渐减少。

图5是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的输入电路的仿真电路示意图。

在一些实施例中，可以设置电路仿真时需要的电路参数，包括基板相对介电常数Er、基板厚度H、金属层厚度T、表面粗糙度Rho、损耗角正切Tsnd等，例如，将Er设置为3.55、H设置为0.813毫米、T设置为0.07毫米、Rho设置为1、Tsnd设置为0.0021。如图5所示，端口P1与传输线TL13的一端相连接，传输线TL13的另一端与传输线TL16的一端相连接，传输线TL16的另一端与传输线TL11的一端相连接，传输线TL11的另一端与传输线TL1的第一端口相连接，传输线TL1的第三端口与传输线TL9的一端相连接，传输线TL9的另一端与传输线TL8的一端相连接，传输线TL8的另一端与传输线TL5的一端相连接，传输线TL1的第二端口与传输线TL2的一端相连接，传输线TL2的另一端与电感S2的一端相连接，电感S2的另一端与传输线TL7的一端相连接，传输线TL7的另一端分别与端口P3和电容C5的一端相连接，电容C5的另一端接地，传输线TL1的第四端口与传输线TL4的一端相连接，传输线TL4的另一端与电感S1的一端相连接，电感S1的另一端与传输线TL15的一端相连接，传输线TL15的另一端与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端接地。P1、P3为端口，等效阻抗皆为50欧姆；设置传输线TL2的长度为0毫米，宽度为1.75毫米；设置传输线TL4的长度为0毫米，宽度为1.75毫米；设置传输线TL5的长度为0毫米，宽度为1.75毫米；设置传输线TL7的长度为2毫米，宽度为1.75毫米；设置传输线TL9的长度为6.8毫米，宽度为6.6毫米；设置传输线TL11的长度为3毫米，宽度为12毫米；设置传输线TL13的长度为3.2毫米，宽度为15.8毫米；设置传输线TL15的长度为2毫米，宽度为1.75毫米；设置传输线TL16和传输线TL8为连接线；设置传输线TL1为四端口的连接线，其中，所述传输线TL1、TL8TL16是连接在一起的，并且在连接处可能会发生宽度的变化；设置电容C1的电容值为6.8pF；设置电容C5的电容值为6.8pF；设置电感S1的电感值为18.5nH；设置电感S2的电感值为18.5nH。

图6是根据本申请一些实施例所示的包含输入匹配电路的效果示意图。

如图6所示，横坐标表示功率放大器的输入信号的频率，右侧的纵坐标表示功率放大器的输出信号的功率，左侧的纵坐标表示功率放大器的对应频率的效率和PAE。如图6所示，当输入信号的频率分别为2.3GHZ、2.4GHz和2.5GHZ频点的情况下，对应的输出信号的功率为47.86dBm、47.41dbm和46.49dbm，对应的PAE分别为70.32％、79.05％和77.15％，对应的品质因数η_D分别为68.02％、76.19％和73.69％。输出信号的PAE先逐渐增加然后逐渐减少，对应的输入信号的输出功率先逐渐增加然后逐渐减少，对应的输入信号的效率先逐渐增加然后逐渐减少。

如图2所示，所述输出匹配电路140用于接收所述放大后的射频信号，并传输至输出端口，可以包括：第二匹配电路、第五电容C5、第二传输线TL2和第六电容C6。

在一些实施例中，所述输出匹配电路140中包含第二匹配电路，如图2右侧的阴影部分所示，所述第二匹配电路能够根据所述晶体管M输出阻抗特征，结合待放大的输入信号的频段特征和内阻进行匹配，使得经过所述晶体管M进行功率放大处理后的信号以最大的功率输出。

在一些实施例中，所述第二匹配电路包括：微带线M4、M5、M6、第三电容C3和第四电容C4，其中，所述微带线M4和M6的轴线相互平行，并且所述微带线M4和M6与所述微带线M5的轴线相互垂直，所述微带线M4的一端与所述第二偏置电压电路120和第三电容C3的一端相连接，所述第三电容C3的另一端接地，所述微带线M6的一端与第四电容C4的一端相连接，所述第四电容C4的另一端接地。

在一些实施例中，微带线M5的阻抗小于微带线M4与M6的阻抗。微带线M4的阻抗与微带线M6的阻抗相同。所述微带线M4和M6与微带线M5的平行轴线设置为对称。

在一些实施例中，所述微带线M4的宽度为0.6毫米至4.6毫米，所述微带线M4的长度为8毫米至12毫米；所述微带线M5的宽度为8毫米至12毫米，所述微带线M5的长度为14.7毫米至18.7毫米；所述微带线M6的宽度为0.6毫米至4.6毫米，所述微带线M6的长度为8毫米至12毫米。

在一些实施例中，所述输出匹配电路140还包括：第五电容C5、第二传输线TL2和第六电容C6，其中，所述微带线M5的一端与所述晶体管M的漏极相连接，所述微带线M5的另一端与所述第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端与所述第二传输线TL2的一端相连接，所述传输线TL2的另一端分别与输出端口与第六电容C6的一端相连接，所述第六电容C6的另一端接地。

在一些实施例中，所述第五电容C5可以用于直流阻断。所述第二传输线TL2可以用于提供输出电抗。所述第六电容C6可以产生自激振荡，从而滤除输出信号中的二阶谐波。所述微带线M5用于调节输出阻抗。所述微带线M4与第三电容C3构成的电路能够构成谐振于输入信号基波频率的串联谐振电路，可以通过改变微带线的长度，使得改变微带线上电压和电流的相位关系，使得二者乘积始终保持最小从而使得热损耗降到最低，实现放大效率的最优化。所述微带线M6与第四电容C4构成的电路也可以达到上述的效果。

在一些实施例中，所述输出匹配电路140的电路结构可以为带通电路。带通电路可以是能够通过某一频率范围的频率的信号、将其他范围的频率的信号阻隔或者减弱到极低水平的电路。带通电路通过的信号的频率可以根据带通电路中的电路元件的参数进行调整。例如，设置待放大的射频信号的频段范围为2.4GHz到2.5GHz，则可以将所述输出匹配电路140中的各个电路元件的参数进行设置，使得所述输出匹配电路140可以通过的射频信号的频段范围为2.4GHz到2.5GHz。

作为本申请一种可选的示例，第三电容C3的电容值可以为1.5pF，第四电容C4的电容值可以为1.5pF，第五电容C5的电容值可以为6.8pF，第六电容C6的电容值可以为1.8pF，微带线M4的长度和宽度分别为10毫米和2.6毫米，微带线M5长度和宽度分别为16.7毫米和10毫米，微带线M6的长度和宽度分别为10毫米和2.6毫米。

图7是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的具体结构示意图。

如图7所示，所述第一偏置电压电路110用于给所述晶体管M提供门限电压，包括：第一外部电源单元、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第一电感L1和第一电阻Rs，所述第一电感L1的一端与第一电容C1的第二端口相连接，所述第一电感L1的另一端与所述第一电阻RS的一端相连接，所述第一电阻Rs的另一端分别与所述第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12的一端和所述第一外部电源单元相连接，所述第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12的另一端分别接地。

在一些实施例中，所述第一偏置电压电路110给所述晶体管M提供其正常工作需要的门限电压。所述门限电压值可以根据所述晶体管M的特性进行设置。例如，所述晶体管M需要的门限电压值为-2.8V，则第一偏置电压电路通过控制第一外部电源单元提供-2.8V的门限电压。需要说明的是，第一偏置电压电路110不局限于上述描述的电路结构，任何能够提供直流电压的电路结构都能够作为第一偏置电压电路，用于给晶体管M提供工门限电压。

所述第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12构成的电路结构可以用于提供直流偏置。所述第一电感L1可以为射频扼流圈，可以用作直流通路和射频/微波通路隔离，消除交流信号与直流源及地之间的耦合。所述第一电阻Rs和所述第一电感L1串联构成的电路结构可以用于增加阻抗的稳定性。

在一些实施例中，所述第一外部电源单元可以包括外部电源或者直流转换直流源(DC-DC)。所述外部电源可以为直流基础电源(例如，锂电池和/或直流电源灯)。所述直流转换直流源可以为将直流基础电源电压转变为其他电压的直流变换装置。在一些实施例中，直流转换直流源可以按照预设的脉冲宽度对直流基础电源电压进行转换，或者，直流转换直流源可以通过接受预设的控制命令的方式对直流基础电源电压进行转换。

作为本申请的一种可选的示例，第七电容C7的电容值可以为6.8pF，第八电容C8的电容值可以为1nF，第九电容C9的电容值可以为10nF，第十电容C10的电容值可以为100nF，第十一电容C11的电容值可以为1uF，第十二电容C12的电容值可以为10uF，第一电感L2的电感值可以为18.5nH，第一电阻Rs的电阻值可以为51欧姆。

如图7所示，所述第二偏置电压电路120用于给所述晶体管M提供工作电压，包括：第二外部电源单元、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18和第二电感L2，所述第二电感L2的一端与所述微带线M4相连接，所述第二电感L2的另一端分别与所述第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18的一端和第二外部电源单元相连接，所述第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18的另一端分别接地。

在一些实施例中，所述第二偏置电压电路120给所述晶体管M提供其正常工作需要的工作电压。所述工作限电压值可以根据所述晶体管M的特性进行设置。例如，所述晶体管M需要的工作电压值为30V，则第二偏置电压电路120通过控制第二外部电源单元提供30V的工作电压。需要说明的是，第二偏置电压电路120不局限于上述描述的电路结构，任何能够提供直流电压的电路结构都能够作为第二偏置电压电路，用于给晶体管M提供工作电压。

所述第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18构成的电路可以提供直流偏置。所述第二电感L2可以为射频扼流圈，可以用作直流通路和射频/微波通路隔离，消除交流信号与直流源及地之间的耦合。

在一些实施例中，所述第二外部电源单元可以包括外部电源或者直流转换直流源(DC-DC)。所述外部电源可以为直流基础电源(例如，锂电池和/或直流电源灯)。所述直流转换直流源可以为将直流基础电源电压转变为其他电压的直流变换装置。在一些实施例中，直流转换直流源可以按照预设的脉冲宽度对直流基础电源电压进行转换，或者，直流转换直流源可以通过接受预设的控制命令的方式对直流基础电源电压进行转换。

作为本申请的一种可选的示例，第十三电容C13的电容值可以为6.8pF，第十四电容C14的电容值可以为1nF，第十五电容C15的电容值可以为10nF，第十六电容C16的电容值可以为100nF，第十七电容C17的电容值可以为1uF，第十八电容C18的电容值可以为10uF，第一电感L2的电感值可以为18.5nH。

图8是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的硬件示意图。

如图8所示，RFin端口为输入匹配电路的输入端口，RFout端口为输出匹配电路的输出端口。

图9是根据本申请一些实施例所示的功率放大器的最终效果示意图。

如图9所示，横坐标表示功率放大器的输入信号的频率，右侧的纵坐标表示功率放大器的输出信号的功率，左侧的纵坐标表示功率放大器的对应频率的PAE。如图8所示，在工作电压VDD为36V，门限电压VGG为-3.3V，输入信号的功率为36dbm的情况下，当输入信号的频率分别为2.29GHz、2.4GHz和2.5GHz频点的情况下，对应的输出功率分别为45.59W、47.94W和44.56W，当输入信号的频率分别为2.3GHz、2.4GHz和2.5GHz频点的情况下，对应的输出信号的PAE分别为34.99％、57.2％和51.6％，对应的品质因数η_D分别为39.53％、61.27％和60.47％。由图8所示，当输入信号的频率范围为2.37GHz至2.52GHz时，对应的因数η_D均大于60％,；当输入信号的频率范围为2.3GHz至2.47GHz时，对应的输出功率均大于40W。

本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)晶体管M采用CGH40045F芯片时，将输入信号的频率设定在2.3-2.5GHZ频带，并且最大输入功率设定为40dBm，则当输入信号的功率为36dBm时，输出信号的功率均可以超过40W即46dBm，且PAE≥70％。(2)在输入匹配电路中增加了第一匹配电路，第一匹配电路中包括微带线M1、M2和M3，从而使得电路整体的匹配更加简单有效。(3)在输出匹配电路中增加了第二匹配电路，第二匹配电路中包括微带线M4、M5和M6，从而使得电路整体的匹配更加简单有效。(4)由于微带线M1、M2和M3的轴线平行，微带线M4和M6的轴线平行，使得整个微带结构的阻抗匹配更加简单，加工更加容易，并且微带线M4的轴线与微带线M5的轴线垂直，可以有效降低微带线内的信号失真。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括：

晶体管M，所述晶体管M为GAN高功率晶体管；

第一偏置电压电路110、第二偏置电压电路120、输入匹配电路130和输出匹配电路140；

所述输入匹配电路130包括第一匹配电路，所述第一匹配电路用于调节所述输入匹配电路130的输入阻抗；

所述输出匹配电路140包括第二匹配电路，所述第二匹配电路用于调节所述输出匹配电路140的输出阻抗。

2.如权利要求1所述的放大器，其特征在在于，所述晶体管M采用CGH40045F。

3.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述输入匹配电路130还包括：第一电容C1、第二电容C2和第一传输线TL1，其中，所述第一电容C1的第一端口与输入端口相连接，所述第一电容C1的第二端口分别与所述第一传输线TL1和第二电容C2的第一端口相连接，所述第二电容C2的第二端口接地，所述第一传输线TL1的第二端口与第一匹配电路的第一端口相连接，所述第一匹配电路的第二端口与所述晶体管M的栅极相连接。

4.如权利要求3所述的放大器，其特征在于，所述第一匹配电路包括微带线M1、M2和M3，其中，所述微带线M1、M2和M3依次连接，所述微带线M1、M2和M3的轴线相互平行，所述微带线M1的另一端与所述第一传输线TL1的第二端口相连接，所述微带线M3的另一端与所述晶体管M的栅极相连接。

5.如权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述微带线M1、M2和M3的阻抗逐渐减少。

6.如权利要求5所述的放大器，其特征在于，所述微带线M1的宽度为4.6毫米至8.6毫米，所述微带线M1的长度为4.8毫米至8.8毫米；所述微带线M2的宽度为10毫米至14毫米，所述微带线M2的长度为1毫米至5毫米；所述微带线M3的宽度为13.8毫米至17.8毫米，所述微带线M3的长度为1.2毫米至5.2毫米。

7.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第二匹配电路包括：微带线M4、M5、M6、第三电容C3和第四电容C4，其中，所述微带线M4和M6的轴线相互平行，并且所述微带线M4和M6与所述微带线M5的轴线相互垂直，所述微带线M4的一端与所述第二偏置电压电路120和第三电容C3的一端相连接，所述第三电容C3的另一端接地，所述微带线M6的一端与第四电容C4的一端相连接，所述第四电容C4的另一端接地，

所述输出匹配电路140还包括：第五电容C5、第二传输线TL2和第六电容C6，其中，所述微带线M5的一端与所述晶体管M的漏极相连接，所述微带线M5的另一端与所述第五电容C5的一端相连接，所述第五电容C5的另一端与所述第二传输线TL2的一端相连接，所述传输线TL2的另一端分别与输出端口与第六电容C6的一端相连接，所述第六电容C6的另一端接地。

8.如权利要求7所述的放大器，其特征在于，所述微带线M4的宽度为0.6毫米至4.6毫米，所述微带线M4的长度为8毫米至12毫米；所述微带线M5的宽度为8毫米至12毫米，所述微带线M5的长度为14.7毫米至18.7毫米；所述微带线M6的宽度为0.6毫米至4.6毫米，所述微带线M6的长度为8毫米至12毫米。

9.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第一偏置电压电路110用于给所述晶体管M提供门限电压，包括：

第一外部电源单元和第一直流偏置单元，所述第一直流偏置单元的一端与第一电容C1的第二端口相连接，所述第一直流偏置单元的另一端与所述第一外部电源单元相连接。

10.如权利要求7所述的放大器，其特征在于，所述第二偏置电路120用于给所述晶体管M提供工作电压，包括：

第二外部电源单元和第二直流偏置单元，所述第二直流偏置单元的一端与所述微带线M4相连接，所述第二直流偏置单元的另一端与所述第二外部电源单元相连接。