CN113422584A - 一种功率放大器 - Google Patents

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CN113422584A CN202110598872.2A CN202110598872A CN113422584A CN 113422584 A CN113422584 A CN 113422584A CN 202110598872 A CN202110598872 A CN 202110598872A CN 113422584 A CN113422584 A CN 113422584A
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董毅敏
刘浩
杨帆
曹佳
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Beijing Institute of Radio Measurement
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开一种功率放大器。在一实施方式中，该功率放大器包括：射频输入端、输入匹配电路单元、晶体管、输出匹配电路单元和射频输出端；其中，所述射频输入端连接所述输入匹配电路单元的输入端；所述输入匹配电路单元的输出端连接所述晶体管的栅极；所述晶体管的源极接地；所述晶体管的漏极连接所述输出匹配电路单元的输入端；所述输出匹配电路单元的输出端连接所述射频输出端。该实施方式通过在输出匹配电路单元内增加谐波抑制单元，即一并联的微带线串联电容器单元，可提高功率放大器的二次谐波抑制，在工作频率5‑6GHz的GaN功放芯片中，二次谐波由常规的25dBc左右，提高到40dBc到50dBc，同时对功放效率基本无影响。

Description

一种功率放大器
技术领域
本发明涉及无线通信功率放大器技术领域。更具体地，涉及一种功率放大器。
背景技术
功率放大器是通信、雷达等电子系统中的关键器件，其输出功率、效率、谐波抑制度等性能直接影响电子系统的性能。在相控阵雷达和5G多波束基站中，系统发射功率是由成百上千个功率放大器的输出合成，即由输出较小的功率放大器芯片形成大功率的发射系统。最终使雷达和基站尺寸更小，作用距离更远，且可靠性更高。
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:在雷达系统中，传统的功放芯片谐波抑制度较差，为满足系统指标要求，须在功放芯片外增加额外的电路单元来提高系统的谐波抑制度，导致系统体积增大，发射效率降低。
发明内容
为了解决上述问题中的至少一个，本发明的一个目的在于提供一种功率放大器。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种功率放大器，包括：
射频输入端、输入匹配电路单元、晶体管、输出匹配电路单元和射频输出端；其中，
所述射频输入端连接所述输入匹配电路单元的输入端；
所述输入匹配电路单元的输出端连接所述晶体管的栅极；
所述晶体管的源极接地；
所述晶体管的漏极连接所述输出匹配电路单元的输入端；
所述输出匹配电路单元的输出端连接所述射频输出端。
在一个具体示例中，所述输出匹配电路单元包括：
第一微带线、第二微带线、第三微带线、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器和谐波抑制单元，其中，
所述输出匹配电路单元的输入端连接第一微带线的第一端和第二微带线的第一端；
第一微带线的第二端连接电压输入端和第一电容器的第一端；
所述第一电容器的第二端接地；
所述第二微带线的第二端连接第二电容器的第一端、谐波抑制单元和第三微带线的第一端；
所述第二电容器的第二端接地；
第三微带线的第二端连接第三电容器的第一端和第四电容器的第一端；
第三电容器的第二端接地；
第四电容器的第二端连接所述射频输出端。
在一个具体示例中，所述谐波抑制单元包括：第四微带线和第五电容器，其中，
第四微带线的第一端连接第二微带线的第二端；
第四微带线的第二端连接第五电容器的第一端；
第五电容器的第二端接地。
在一个具体示例中，所述晶体管为场效应管。
在一个具体示例中，所述第四微带线为宽30um、长700um的微带线。
在一个具体示例中，所述第五电容器为0.5pF电容结构。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案，通过在5.0-6.0GHz 10W GaN功率放大器芯片的输出匹配电路单元内增加一并联的微带线串联电容器单元，即在两级微带线和电容元件中间，并联宽30um、长700um的微带线，该微带线串联一个0.5pF电容结构，在工作频率5-6GHz的GaN功率放大器芯片中，二次谐波由常规的25dBc左右，提高到40dBc到50dBc，同时与前后电路单元融合，构成了低插入损耗、高谐波抑制的输出匹配电路单元，最后使得功率放大器芯片在二次谐波10-12GHz频带抑制优于50dBc,在5-6GHz带内功率附加效率大于50％。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的功率放大器的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种功率放大器，包括：射频输入端RFin、输入匹配电路单元、晶体管、输出匹配电路单元和射频输出端RFout；其中，
所述射频输入端RFin连接所述输入匹配电路单元的输入端；
所述输入匹配电路单元的输出端连接所述晶体管的栅极；
所述晶体管的源极接地；
所述晶体管的漏极连接所述输出匹配电路单元的输入端；
所述输出匹配电路单元的输出端连接所述射频输出端RFout。
在一个具体示例中，所述输出匹配电路单元包括：
第一微带线a1、第二微带线a2、第三微带线a3、第一电容器c1、第二电容器c2、第三电容器c3、第四电容器c4和谐波抑制单元，其中，
所述输出匹配电路单元的输入端连接第一微带线a1的第一端和第二微带线a2的第一端；
第一微带线a1的第二端连接电压输入端Vd和第一电容器c1的第一端；
所述第一电容器c1的第二端接地；
所述第二微带线a2的第二端连接第二电容器c2的第一端、谐波抑制单元和第三微带线a3的第一端；
所述第二电容器c2的第二端接地；
第三微带线a3的第二端连接第三电容器c3的第一端和第四电容器c4的第一端；
第三电容器c3的第二端接地；
第四电容器c4的第二端连接所述射频输出端RFout。
在一个具体示例中，所述谐波抑制单元包括：第四微带线a4和第五电容器c5，其中，
第四微带线a4的第一端连接第二微带线a2的第二端；
第四微带线a4的第二端连接第五电容器c5的第一端；
第五电容器c5的第二端接地。
在一个具体示例中，所述晶体管为场效应管。
在一个具体示例中，所述第四微带线为宽30um、长700um的微带线。
在一个具体示例中，所述第五电容器为0.5pF电容结构。
本发明所述技术方案，通过在5.0-6.0GHz 10W GaN功率放大器芯片的输出匹配电路单元内增加一并联的微带线串联电容器单元，即在两级微带线和电容元件中间，并联宽30um、长700um的微带线，该微带线串联一个0.5pF电容结构，在工作频率5-6GHz的GaN功率放大器芯片中，二次谐波由常规的25dBc左右，提高到40dBc到50dBc，同时与前后电路单元融合，构成了低插入损耗、高谐波抑制的输出匹配电路单元，最后使得功率放大器芯片在二次谐波10-12GHz频带抑制优于50dBc,在5-6GHz带内功率附加效率大于50％。
需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括：射频输入端、输入匹配电路单元、晶体管、输出匹配电路单元和射频输出端；其中，
所述射频输入端连接所述输入匹配电路单元的输入端；
所述输入匹配电路单元的输出端连接所述晶体管的栅极；
所述晶体管的源极接地；
所述晶体管的漏极连接所述输出匹配电路单元的输入端；
所述输出匹配电路单元的输出端连接所述射频输出端。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述输出匹配电路单元包括：
第一微带线、第二微带线、第三微带线、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器和谐波抑制单元，其中，
所述输出匹配电路单元的输入端连接第一微带线的第一端和第二微带线的第一端；
第一微带线的第二端连接电压输入端和第一电容器的第一端；
所述第一电容器的第二端接地；
所述第二微带线的第二端连接第二电容器的第一端、谐波抑制单元和第三微带线的第一端；
所述第二电容器的第二端接地；
第三微带线的第二端连接第三电容器的第一端和第四电容器的第一端；
第三电容器的第二端接地；
第四电容器的第二端连接所述射频输出端。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述谐波抑制单元包括：第四微带线和第五电容器，其中，
第四微带线的第一端连接第二微带线的第二端；
第四微带线的第二端连接第五电容器的第一端；
第五电容器的第二端接地。
4.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述晶体管为场效应管。
5.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第四微带线为宽30um、长700um的微带线。
6.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第五电容器为0.5pF电容结构。
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