CN114598277A - X频段功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种X频段功率放大器，包括晶体管、输入匹配网络和输出匹配网络。输入匹配网络的第一阻抗匹配电路的输入端与信号输入端电连接，第一阻抗匹配电路的第一输出端与输入匹配网络的第一稳定电路电连接、第二输出端与输入匹配网络的第二稳定电路电连接，第一阻抗匹配电路的第一调节端与输入匹配网络的栅极偏置电路电连接，第一调节端位于第一阻抗匹配电路的输入端和第一输出端之间。输出匹配网络的第二阻抗匹配电路的第一输入端和第二输入端分别与晶体管的漏极电连接，第二阻抗匹配电路的第二调节端与输出匹配网络的漏极偏置电路电连接。通过电路之间的相互配合，确保功率放大器可以实现高频的增益和功率输出。

Description

X频段功率放大器

技术领域

本发明涉及功率放大器器技术领域，尤其涉及一种X频段功率放大器。

背景技术

功率放大器一般通过将直流电源的能量转换为随输入信号变化的输出功率传送给输出负载，进而实现功率放大，功率放大器目前已广泛应用于各领域中。

作为新一代固态微波功率器件，GAN HEMT功率器件就受到世界各国的特别关注并得到重点发展，西方各国都将GAN微波功率器件及MMIC研究列入一系列优先发展的战略技术计划。目前美国的Cree 、Qorvo、Macom以及日本的Fujisu等多级公司均有GAN HEMT 功率管产品，产品重点针对L\S 频段的基站应用。现有功率放大器件一般靠金线连接，导致很难在X频段达到最佳增益及最佳功率输出。

发明内容

本发明提供了一种X频段功率放大器，以提高产品的高频特性，实现高频的增益和功率输出。

本发明提供了一种X频段功率放大器，包括：晶体管、输入匹配网络和输出匹配网络，所述输入匹配网络连接在信号输入端和所述晶体管的栅极之间，所述输出匹配网络连接在所述晶体管的漏极和信号输出端之间；所述输入匹配网络包括栅极偏置电路、第一稳定电路、第二稳定电路、第一阻抗匹配电路，所述输出匹配网络包括漏极偏置电路、第二阻抗匹配电路；

所述第一阻抗匹配电路的输入端与信号输入端电连接，所述第一阻抗匹配电路的第一输出端与所述第一稳定电路电连接，所述第一阻抗匹配电路的第二输出端与所述第二稳定电路电连接，所述第一阻抗匹配电路的第一调节端与所述栅极偏置电路电连接，所述第一调节端位于所述第一阻抗匹配电路的输入端和第一输出端之间，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述晶体管的栅极电连接；

所述第二阻抗匹配电路的输出端与所述信号输出端电连接，所述第二阻抗匹配电路的第一输入端和第二输入端分别与所述晶体管的漏极电连接，所述第二阻抗匹配电路的第二调节端与所述漏极偏置电路电连接，所述第二调节端位于所述第二阻抗匹配电路的输出端和第一输入端之间。

可选的，所述输入匹配网络集成于第一芯片上，所述输出匹配网络集成于第二芯片上。

可选的，所述晶体管的栅极包括第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极，所述第一阻抗匹配电路包括第一焊接端、第二焊接端、第三焊接端、第四焊接端、第五焊接端、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线，所述第五焊接端的第一端作为所述第一阻抗匹配电路的输入端，所述第五焊接端的第二端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容和所述第一微带线的第一端电连接，所述第一电容的第二端作为所述第一调节端，所述第一微带线的第二端分别与所述第二微带线和所述第三微带线的第一端电连接，所述第二微带线的第二端与所述第三电容电连接，所述第二微带线的第二端还与所述第四微带线的第一端电连接，所述第四微带线的第二端作为所述第一输出端，所述第四微带线的第二端与所述第一焊接端的第一端电连接，所述第一焊接端的第二端与所述第一栅极电连接，所述第四微带线的第二端与所述第二焊接端的第一端电连接，所述第二焊接端的第二端与所述第二栅极电连接，所述第三微带线的第二端与所述第四电容电连接，所述第三微带线的第二端还与所述第五微带线的第一端电连接，所述第五微带线的第二端作为所述第二输出端，所述第五微带线的第二端与所述第三焊接端的第一端电连接，所述第三焊接端的第二端与所述第三栅极电连接，所述第五微带线的第二端与所述第四焊接端的第一端电连接，所述第四焊接端的第二端与所述第二栅极电连接。

可选的，所述栅极偏置电路包括偏置电感、第五电容、第六电容、第一电阻和第六焊接端；

所述偏置电感的第一端与所述第一调节端电连接，所述偏置电感的第二端与所述第五电容电连接，所述偏置电感的第二端还与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第六电容电连接，所述偏置电感的第二端还与所述第六焊接端电连接。

可选的，所述第一稳定电路包括第二电阻和第七电容，所述第二稳定电路包括第三电阻和第八电容；

所述第二电阻的第一端与所述第一阻抗匹配电路的第一输出端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第七电容电连接；所述第三电阻的第一端与所述第一阻抗匹配电路的第二输出端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第八电容电连接。

可选的，所述第五焊接端、所述第一电容、所述第一微带线、所述第二微带线、所述第四微带线、所述第一焊接端沿芯片的第一方向排列，所述第一焊接端、所述第二焊接端、所述第三焊接端和所述第四焊接端沿第二方向排列，所述第一微带线、所述偏置电感沿第二方向排列，所述第二微带线和所述第三微带线关于第一中线对称，所述第四微带线和所述第五微带线关于所述第一中线对称，所述第一稳定电路和所述第二稳定电路关于所述第一中线对称，所述第一方向与所述输入匹配网络、所述晶体管和所述输出匹配网络的排列方向相同，所述第一中线与第一方向平行且平分所述第五焊接端，所述第一方向和所述第二方向相交。

可选的，所述第一微带线包括依次连接的第一连接结构、第二连接结构、第三连接结构、第四连接结构、第五连接结构、第六连接结构、第七连接结构、第八连接结构、第九连接结构，所述第一连接结构还与所述第一电容的第二端电连接，所述第九连接结构还分别与所述第二微带线和所述第三微带线的第一端电连接，所述第一连接结构、所述第三连接结构、所述第五连接结构、所述第七连接结构和所述第九连接结构均沿所述第一方向延伸，所述第二连接结构、所述第四连接结构、所述第六连接结构和所述第八连接结构均沿所述第二方向延伸，且所述第一微带线关于第二中线对称，所述第二中线的延伸方向与所述第二方向相同，且所述第二中线平分所述第五连接结构；

所述第二微带线包括第十连接结构，所述第十连接结构沿所述第二方向延伸，所述第三微带线包括第十一连接结构，所述第十一连接结构沿所述第二方向延伸；

所述第四微带线包括依次连接的第十二连接结构、第十三连接结构、第十四连接结构、第十五连接结构和第十六连接结构，所述第十二连接结构还与所述第二微带线的第二端电连接，所述第十六连接结构还分别与所述第一稳定电路和第一输出端电连接，所述第十二连接结构、所述第十四连接结构和所述第十六连接结构沿所述第一方向延伸，所述第十三连接结构和所述第十五连接结构沿所述第二方向延伸；

所述第五微带线的结构与所述第四微带线的结构相同，且所述第四微带线和所述第五微带线关于所述第一中线对称。

可选的，所述晶体管的漏极包括第一漏极、第二漏极、第三漏极和第四漏极，所述第二阻抗匹配电路包括：第七焊接端、第八焊接端、第九焊接端、第十焊接端、第十一焊接端、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第九电容和第十电容；

所述第七焊接端的第一端与所述第一漏极电连接，所述第七焊接端的第二端与所述第六微带线的第一端电连接，所述第六微带线的第二端与所述第八微带线的第一端电连接，所述第八焊接端的第一端与所述第二漏极电连接，所述第八焊接端的第二端与所述第七微带线的第一端电连接，所述第七微带线的第二端与所述第八微带线的第一端电连接，所述第八微带线的第二端与所述第十二微带线的第一端电连接，所述第九焊接端的第一端与所述第三漏极电连接，所述第九焊接端的第二端与所述第九微带线的第一端电连接，所述第九微带线的第二端与所述第十一微带线的第一端电连接，所述第十焊接端的第一端与所述第四漏极电连接，所述第十焊接端的第二端与所述第十微带线的第一端电连接，所述第十微带线的第二端与所述第十一微带线的第一端电连接，所述第十一微带线的第二端与所述第十二微带线的第一端电连接，所述第十二微带线的第二端与所述第十三微带线的第一端电连接，所述第十二微带线的第二端作为所述第二调节端，所述第十三微带线的第二端分别与所述第九电容和第十电容的一端电连接，所述第十电容的另一端还与所述第十一焊接端电连接，所述第十一焊接端作为所述第二阻抗匹配电路的输出端。

可选的，所述漏极偏置电路包括第十四微带线、第十一电容、第十五微带线、第四电阻、第十二电容和第十二焊接端，所述第十四微带线的第一端与所述第二调节端电连接，所述第十四微带线的第二端与所述第十一电容电连接，所述第十四微带线的第二端还与所述第十五微带线的第一端电连接，所述第十五微带线的第二端与所述第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端与所述第十二电容电连接，所述第十五微带线的第二端与所述第十二焊接端电连接。

可选的，所述第七焊接端、所述第十三微带线、所述第九电容、所述第十电容、所述第十一焊接端沿第一方向排列，所述第七焊接端、所述第八焊接端、所述第九焊接端和所述第十焊接端沿第二方向排列，所述第十三微带线和所述第十四微带线沿第二方向排列，所述第一方向为所述输入匹配网络、所述晶体管和所述输出匹配网络排列的方向，所述第一方向和所述第二方向相交。

可选的，所述第十三微带线包括依次连接的第十七连接结构、第十八连接结构、第十九连接结构、第二十连接结构、第二十一连接结构、第二十二连接结构、第二十三连接结构，第十七连接结构还与所述第十二微带线的第二端电连接，所述第二十三连接结构还与所述第九电容电连接，所述第十七连接结构、第十九连接结构、第二十一连接结构、第二十三连接结构均沿所述第一方向延伸，所述第十八连接结构、第二十连接结构、第二十二连接结构均沿所述第二方向延伸；

所述第十四微带线包括依次连接的第二十三连接结构、第二十四连接结构、第二十五连接结构、第二十六连接结构、第二十七连接结构、第二十八连接结构、第二十九连接结构、第三十连接结构，所述第二十三连接结构还与所述第十二微带线的第二端电连接，所述第三十连接结构的另一端还与所述第十一电容电连接，所述第二十四连接结构、第二十六连接结构、第二十八连接结构、第三十连接结构均沿所述第一方向延伸，所述第二十三连接结构、第二十五连接结构、第二十七连接结构、以及所述第二十九连接结构均沿所述第二方向延伸。

本发明提供了一种X频段功率放大器，包括晶体管、输入匹配网络和输出匹配网络，输入匹配网络连接在信号输入端和晶体管的栅极之间，输出匹配网络连接在晶体管的漏极和信号输出端之间。输入匹配网络包括栅极偏置电路、第一稳定电路、第二稳定电路、第一阻抗匹配电路，输出匹配网络包括漏极偏置电路、第二阻抗匹配电路。第一阻抗匹配电路的输入端与信号输入端电连接，第一阻抗匹配电路的第一输出端与第一稳定电路电连接，第一阻抗匹配电路的第二输出端与第二稳定电路电连接，第一阻抗匹配电路的第一调节端与栅极偏置电路电连接，第一调节端位于第一阻抗匹配电路的输入端和第一输出端之间，第一输出端和第二输出端分别与晶体管的栅极电连接。第二阻抗匹配电路的输出端与信号输出端电连接，第二阻抗匹配电路的第一输入端和第二输入端分别与晶体管的漏极电连接，第二阻抗匹配电路的第二调节端与漏极偏置电路电连接，第二调节端位于第二阻抗匹配电路的输出端和第一输入端之间。本发明通过栅极偏置电路、稳定电路、漏极偏置电路、第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路之间的相互配合，避免放大器出现自激现象、提高电路的稳定性、确保放大器工作在稳定条件下、可以兼顾放大器的增益和驻波以进行阻抗匹配、且可以将低阻抗输出拉到负载高阻抗输出以确保功率放大器可以实现高频的增益和功率输出。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

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一种X频段功率放大器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输入匹配网络的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输出匹配网络的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的版图示意图；

图5是本发明实施例提供的一种输入匹配网络中第一微带线的版图示意图；

图6是本发明实施例提供的一种输入匹配网络中第二微带线、第三微带线、第四微带线和第五微带线的版图示意图；

图7是本发明实施例提供的一种输出匹配网络中第十三微带线的版图示意图；

图8是本发明实施例提供的一种输出匹配网络中第十四微带线的版图示意图；

图9是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的装配图；

图10是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的实物图；

图11是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的增益曲线图；

图12是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输入回波损耗曲线图；

图13是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的功率增益曲线图；

图14是本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输出功率曲线图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或系统不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或系统固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的结构示意图，参考图1，X频段功率放大器包括：晶体管Q1、输入匹配网络1和输出匹配网络2，输入匹配网络1连接在信号输入端IN1和晶体管Q1的栅极之间，输出匹配网络2连接在晶体管Q1的漏极和信号输出端OUT1之间；输入匹配网络1包括栅极偏置电路11、第一稳定电路12、第二稳定电路13、第一阻抗匹配电路14，输出匹配网络2包括漏极偏置电路21、第二阻抗匹配电路22；

第一阻抗匹配电路14的输入端A1与信号输入端IN1电连接，第一阻抗匹配电路14的第一输出端B1与第一稳定电路12电连接，第一阻抗匹配电路14的第二输出端B2与第二稳定电路13电连接，第一阻抗匹配电路14的第一调节端D1与栅极偏置电路11电连接，第一调节端D1位于第一阻抗匹配电路14的输入端A1和第一输出端B1之间，第一输出端B1和第二输出端B2分别与晶体管Q1的栅极电连接；

第二阻抗匹配电路22的输出端B3与信号输出端OUT1电连接，第二阻抗匹配电路22的第一输入端A2和第二输入端A3分别与晶体管Q1的漏极电连接，第二阻抗匹配电路22的第二调节端D2与漏极偏置电路21电连接，第二调节端D2位于第二阻抗匹配电路22的输出端B3和第一输入端A2之间。

晶体管Q1可以为GAN晶体管，GAN晶体管具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、热导率高、击穿电压高、抗腐蚀、抗烧毁抗辐射能力强、动态范围大、功率大、效率高等优点。栅极偏置电路11还与栅极偏置电源连接，以对所连接的栅极偏置电源进行滤波等处理，提高电路的稳定性，避免产生震荡。第一稳定电路12和第二稳定电路13结构相同，且可以上下结构对称，第一稳定电路12或第二稳定电路13可以包括电阻、电感或电容等元器件，以确保功率放大器工作在稳定条件下，避免放大器自激、保证放大器的可靠性。第一阻抗匹配电路14可以采用分布式匹配网络即LC低通网络，兼顾增益和驻波进行最佳阻抗匹配。

晶体管Q1一般输出最佳功率时，对应信号输出端OUT1处要求阻抗较低，只有几欧姆，而通常信号输出端OUT1连接的负载的阻抗较大，使得信号输出端OUT1无法输出最佳阻抗。因此，晶体管Q1的漏极与信号输出端OUT1之间连接第二阻抗匹配电路22以及漏极偏置电路21以使得负载阻抗较大时，晶体管Q1也能输出最佳功率。第二阻抗匹配电路22可以采用LC阻抗匹配网络。漏极偏置电路21还与漏极偏置电源连接，以对所连接的漏极偏置电源进行滤波等处理，提高电路的稳定性。

本实施例通过栅极偏置电路、稳定电路、漏极偏置电路、第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路之间的相互配合，避免放大器出现自激现象、提高电路的稳定性、确保放大器工作在稳定条件下、可以兼顾放大器的增益和驻波以进行阻抗匹配、且可以将低阻抗输出拉到负载高阻抗输出以实现功率放大器的最佳增益及最佳功率输出。

继续参考图1，可选的，输入匹配网络1集成于第一芯片上，输出匹配网络2集成于第二芯片上。

输入匹配网络1和输出匹配网络2采用基于异质结双极型晶体管（HeterojunctionBipolar Transistor,HBT）的无源集成工艺（Integrate Passive Device，IPD）加工完成。将输入匹配网络1包括的所有器件集成于同一芯片即第一芯片上，以及将输出匹配网络2包括的所有器件集成于同一芯片即第二芯片上，可以使得电路参数比较精准、避免了装配精度低、分立元件误差大的问题、减少各元件间的连接引起的误差、相位不一致等问题，大大提升放大器的高频特性。同时，输入匹配网络1包括的器件集成在一起以及输出匹配网络2包括的器件集成在一起，可以减小放大器的尺寸，有利于器件的小型化。

图2为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输入匹配网络的结构示意图，参考图2，可选的，晶体管的栅极包括第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极，第一阻抗匹配电路14包括第一焊接端PAD1、第二焊接端PAD2、第三焊接端PAD3、第四焊接端PAD4、第五焊接端PAD5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一微带线L1、第二微带线L2、第三微带线L3、第四微带线L4、第五微带线L5，第五焊接端PAD5的第一端作为第一阻抗匹配电路14的输入端A1，第五焊接端PAD5的第二端与第一电容C1的第一端电连接，第一电容C1的第二端分别与第二电容C2和第一微带线L1的第一端电连接，第一电容C1的第二端作为第一调节端D1，第一微带线L1的第二端分别与第二微带线L2和第三微带线L3的第一端电连接，第二微带线L2的第二端与第三电容C3电连接，第二微带线L2的第二端还与第四微带线L4的第一端电连接，第四微带线L4的第二端作为第一输出端B1，第四微带线L4的第二端与第一焊接端PAD1的第一端电连接，第一焊接端PAD1的第二端与第一栅极电连接，第四微带线L4的第二端与第二焊接端PAD2的第一端电连接，第二焊接端PAD的第二端与第二栅极电连接，第三微带线L3的第二端与第四电容C4电连接，第三微带线L3的第二端还与第五微带线L5的第一端电连接，第五微带线L5的第二端作为第二输出端B2，第五微带线L5的第二端与第三焊接端PAD3的第一端电连接，第三焊接端PAD3的第二端与第三栅极电连接，第五微带线L5的第二端与第四焊接端PAD4的第一端电连接，第四焊接端PAD4的第二端与第二栅极电连接。

第五焊接端PAD5的第一端可通过两根金丝01与信号输入端IN1电连接。第一焊接端PAD1、第二焊接端PAD2、第三焊接端PAD3、第四焊接端PAD4和第五焊接端PAD5均可以为键合焊盘，通过焊接的方式与其它微带线等连接。GAN晶体管的管芯的工作电压为28V，为了保证电路的可靠性，避免电路中的电容被击穿，可以设置电容的击穿电压为GAN晶体管工作电压的5倍，即140V。本实施例中第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4可以采用MIM(Metal-Insulator- Metal)结构，即每一电容包括上下两个金属板和位于两个金属板中间的绝缘层，绝缘层的材料可以为SiN，绝缘层的厚度可以在3700Å，击穿电压设置在350V，远大于140V，确保电路中电容不被击穿。

本实施例中，第二电容C2的一端与第一电容C1的第二端电连接，第二电容C2的另一端接地GND。第三电容C3的一端与第二微带线L2的第二端电连接，第三电容C3的另一端接地GND。第四电容C4的一端与第三微带线L3的第二端电连接，第四电容C4的另一端接地GND。

晶体管的栅极并未均连接到一起，而是通过第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极分别与输入匹配网络连接，且第一栅极与信号输入端IN1、第二栅极与信号输入端IN2、第三栅极与信号输入端IN1以及第四栅极与信号输入端IN1之间的距离及连接器件均相同，射频信号通过四个栅极输入到晶体管中，提高信号传输的一致性。

继续参考图2，可选的，栅极偏置电路11包括偏置电感L0、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1和第六焊接端PAD6；

偏置电感L0的第一端与第一调节端D1电连接，偏置电感L0的第二端与第五电容C5电连接，偏置电感L0的第二端还与第一电阻R1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与第六电容C6电连接，偏置电感L0的第二端还与第六焊接端PAD6电连接。

本实施例中，第五电容C5的一端与偏置电感L0的第二端电连接，第五电容C5的另一端接地GND，第六电容C6的一端与第一电阻R1的第二端电连接，第六电容C6的另一端接地GND。偏置电感L0采用螺旋平面电感，第一电阻R1采用薄膜电阻，第五电容C5和第六电容C6采用MIM结构。第六焊接端PAD6还与栅极偏置电源E1电连接，栅极偏置电源E1用于为晶体管的栅极提供偏置电压。第一电阻R1和第六电容C6可以滤除栅极偏置电源E1中低频信号的干扰，提高电路的可靠性。

继续参考图2，可选的，第一稳定电路12包括第二电阻R2和第七电容C7，第二稳定电路13包括第三电阻R3和第八电容C8；

第二电阻R2的第一端与第一阻抗匹配电路14的第一输出端B1电连接，第二电阻R2的第二端与第七电容C7电连接；第三电阻R3的第一端与第一阻抗匹配电路14的第二输出端B2电连接，第三电阻R3的第二端与第八电容C8电连接。

本实施例中第七电容C7的一端与第二电阻R2的第二端电连接，第七电容C7的另一端接地GND。第八电容C8的一端与第三电阻R3的第二端电连接，第八电容C8的另一端接地GND。第二电阻R2和第三电阻R3可以为薄膜电阻，第七电容C7和第八电容C8可以采用MIM结构，第一稳定电路12和第二稳定电路13结构相同、二者相互对称。且第二电阻R2和第七电容C7可以组成滤波电路、第三电阻R3和第八电容C8可以组成滤波电路滤除信号的干扰，避免放大器出现自激，提高器件的可靠性。

图3为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输出匹配网络的结构示意图，参考图3，可选的，晶体管的漏极包括第一漏极、第二漏极、第三漏极和第四漏极，第二阻抗匹配电路22包括：第七焊接端PAD7、第八焊接端PAD8、第九焊接端PAD9、第十焊接端PAD10、第十一焊接端PAD11、第六微带线L6、第七微带线L7、第八微带线L8、第九微带线L9、第十微带线L10、第十一微带线L11、第十二微带线L12、第十三微带线L13、第九电容C9和第十电容C10；

第七焊接端PAD7的第一端与第一漏极电连接，第七焊接端PAD7的第二端与第六微带线L6的第一端电连接，第六微带线L6的第二端与第八微带线L8的第一端电连接，第八焊接端PAD8的第一端与第二漏极电连接，第八焊接端PAD8的第二端与第七微带线L7的第一端电连接，第七微带线L7的第二端与第八微带线L8的第一端电连接，第八微带线L8的第二端与第十二微带线L12的第一端电连接，第九焊接端PAD9的第一端与第三漏极电连接，第九焊接端PAD9的第二端与第九微带线L9的第一端电连接，第九微带线L9的第二端与第十一微带线L11的第一端电连接，第十焊接端PAD10的第一端与第四漏极电连接，第十焊接端PAD10的第二端与第十微带线L10的第一端电连接，第十微带线L10的第二端与第十一微带线L11的第一端电连接，第十一微带线L11的第二端与第十二微带线L12的第一端电连接，第十二微带线L12的第二端与第十三微带线L13的第一端电连接，第十二微带线L12的第二端作为第二调节端D2，第十三微带线L13的第二端分别与第九电容C9和第十电容C10的一端电连接，第十电容C10的另一端还与第十一焊接端PAD11电连接，第十一焊接端PAD11作为第二阻抗匹配电路22的输出端B3。

本实施例中，第九电容C9的另一端接地GND,第十一焊接端PAD11通过两根金丝01与信号输出端OUT1电连接，信号输出端OUT1可与车辆负载连接。第七焊接端PAD7、第八焊接端PAD8、第九焊接端PAD9、第十焊接端PAD10和第十一焊接端PAD11均可以为键合焊盘，通过焊接的方式与其它微带线等连接。第九电容C9和第十电容C10可以采用MIM结构以提高电容的击穿电压，保证电容不被击穿，提高电路的可靠性。晶体管的漏极并未均连接到一起，而是通过第一漏极、第二漏极、第三漏极和第四漏极分别与输出匹配网络连接，且第一漏极与信号输出端OUT1、第二漏极与信号输出端OUT1、第三漏极与信号输出端OUT1以及第四漏极与信号输出端OUT1之间的距离及连接器件均相同，射频信号通过四个漏极传输至信号输出端OUT1中，提高信号传输的一致性。

继续参考图3，可选的，漏极偏置电路21包括第十四微带线L14、第十一电容C11、第十五微带线C15、第四电阻R4、第十二电容C12和第十二焊接端PAD12，第十四微带线L14的第一端与第二调节端D2电连接，第十四微带线L14的第二端与第十一电容C11电连接，第十四微带线L14的第二端还与第十五微带线L15的第一端电连接，第十五微带线L15的第二端与第四电阻R4的第一端电连接，第四电阻R4的第二端与第十二电容C12电连接，第十五微带线L15的第二端与第十二焊接端PAD12电连接。

本实施例中，第十一电容C11的另一端接地GND、第十二电容C12的另一端接地GND。第四电阻R4采用薄膜电阻，第十一电容C11和第十二电容C12采用MIM结构。第十二焊接端PAD12还与漏极偏置电源E2电连接，漏极偏置电源E2用于为晶体管的漏极提供偏置电压。第四电阻R4和第十二电容C12可以滤除漏极偏置电源E2中低频信号的干扰，提高电路的可靠性。

图4为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的版图示意图，参考图1、2和图4，可选的，第五焊接端PAD5、第一电容C1、第一微带线L1、第二微带线L2、第四微带线L4、第一焊接端PAD1沿芯片的第一方向X排列，第一焊接端PAD1、第二焊接端PAD2、第三焊接端PAD3和第四焊接端PAD4沿第二方向Y排列，第一微带线L1、偏置电感L0沿第二方向Y排列，第二微带线L2和第三微带线L3关于第一中线F1对称，第四微带线L4和第五微带线L5关于第一中线F1对称，第一稳定电路12和第二稳定电路13关于第一中线F1对称，第一方向X与输入匹配网络1、晶体管Q1和输出匹配网络2的排列方向相同，第一中线F1与第一方向X平行且平分第五焊接端PAD5，第一方向X和第二方向Y相交。

本实施例中输入匹配网络1集成于第一芯片上，输出匹配网络2集成于第二芯片上，偏置电感L0和第一微带线L1沿第二方向Y排列，即偏置电感L0位于第一微带线L1的正下方，第一焊接端PAD1、第二焊接端PAD2、第三焊接端PAD3和第四焊接端PAD4沿第二方向Y依次排列。

图5为本发明实施例提供的一种输入匹配网络中第一微带线的版图示意图，图6为本发明实施例提供的一种输入匹配网络中第二微带线、第三微带线、第四微带线和第五微带线的版图示意图，图5为图4中虚线框04的局部放大图，图6为图4中虚线框05的局部放大图，参考图2、图4-图6，可选的，第一微带线L1包括依次连接的第一连接结构L01、第二连接结构L02、第三连接结构L03、第四连接结构L04、第五连接结构L05、第六连接结构L06、第七连接结构L07、第八连接结构L08、第九连接结构L09，第一连接结构L01还与第一电容C1的第二端电连接，第九连接结构L09还分别与第二微带线L2和第三微带线L3的第一端电连接，第一连接结构L01、第三连接结构L03、第五连接结构L05、第七连接结构L07和第九连接结构L09均沿第一方向X延伸，第二连接结构L02、第四连接结构L04、第六连接结构L06和第八连接结构L08均沿第二方向Y延伸，且第一微带线L1关于第二中线F2对称，第二中线F2的延伸方向与第二方向Y相同，且第二中线F2平分第五连接结构L05；

第二微带线L2包括第十连接结构L21，第十连接结构L21沿第二方向Y延伸，第三微带线L3包括第十一连接结构L31，第十一连接结构L31沿第二方向延伸Y；

第四微带线L4包括依次连接的第十二连接结构L41、第十三连接结构L42、第十四连接结构L43、第十五连接结构L44和第十六连接结构L45，第十二连接结构L41还与第二微带线L2的第二端电连接，第十六连接结构L45还分别与第一稳定电路12和第一输出端B1电连接，第十二连接结构L41、第十四连接结构L43和第十六连接结构L45沿第一方向X延伸，第十三连接结构L42和第十五连接结构L44沿第二方向Y延伸；

第五微带线L5的结构与第四微带线L4的结构相同，且第四微带线L4和第五微带线L5关于第一中线F1对称。

第二微带线L2和第三微带线L3关于第一中线F1对称、第四微带线L4和第五微带线L5关于第一中线F1对称，使得信号输入端IN1输入的射频信号经第一微带线L1后，可经过相同的结构及距离分别到达第一焊接端PAD1、第二焊接端PAD2、第三焊接端PAD3和第四焊接端PAD4,使得输入晶体管Q1的第一栅极、第二栅极、第三栅极、第四栅极的信号一致性较高，有利于实现X频段功率放大器的大功率输出。

继续参考图1、图3和图4，可选的，第七焊接端PAD7、第十三微带线L13、第九电容C9、第十电容C10、第十一焊接端PAD11沿第一方向X排列，第七焊接端PAD7、第八焊接端PAD8、第九焊接端PAD9和第十焊接端PAD10沿第二方向Y排列，第十三微带线L13和第十四微带线L14沿第二方向Y排列，第一方向X为输入匹配网络1、晶体管Q1和输出匹配网络2排列的方向，第一方向X和第二方向Y相交。

第十三微带线L13和第十四微带线L14沿第二方向Y排列可以节省器件在第一方向X上的长度，合理利用芯片空间，有利于器件的小型化。

图7为本发明实施例提供的一种输出匹配网络中第十三微带线的版图示意图，图8为本发明实施例提供的一种输出匹配网络中第十四微带线的版图示意图，图7和图8均对应为图4中的局部放大图，参考图3、图4、图7和图8，可选的，第十三微带线L13包括依次连接的第十七连接结构L131、第十八连接结构L132、第十九连接结构L133、第二十连接结构L134、第二十一连接结构L135、第二十二连接结构L136、第二十三连接结构L137，第十七连接结构L131还与第十二微带线L12的第二端电连接，第二十三连接结构L137还与第九电容C9电连接，第十七连接结构L131、第十九连接结构L133、第二十一连接结构L135、第二十三连接结构L137均沿第一方向延伸X，第十八连接结构L132、第二十连接结构L134、第二十二连接结构L136均沿第二方向Y延伸；

第十四微带线L14包括依次连接的第二十三连接结构L141、第二十四连接结构L142、第二十五连接结构L143、第二十六连接结构L144、第二十七连接结构L145、第二十八连接结构L46、第二十九连接结构L147、第三十连接结构L148，第二十三连接结构L141还与第十二微带线L12的第二端电连接，第三十连接结构L148的另一端还与第十一电容C11电连接，第二十四连接结构L142、第二十六连接结构L144、第二十八连接结构L146、第三十连接结构L148均沿第一方向X延伸，第二十三连接结构L141、第二十五连接结构L143、第二十七连接结构L145、以及第二十九连接结构L147均沿第二方向Y延伸。

图9为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的装配图，参考图9，可选的，输入匹配网络1通过50欧姆微带线02与外部输入射频信号的电路电连接，输出匹配网络2通过50欧姆微带线02与负载电连接。本实施例中，为了实现X 频段输出20W的大功率，本发明采用基于SiC HEMT 、栅长0.25um ,总尺寸为5mm的GAN管包，其输出功率密度为5W/mm。本实施例中的X 频段功率放大器的长度H1为4mm、宽度H2为1.6mm，X 频段功率放大器放大器的体积较小、有利于器件的小型化。

图10为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的实物图，参考图10，将本实施例中的X频段功率放大器03置于17mm×24mm管壳中，可见，相对于管壳，本实施例中的X频段功率放大器所占面积较小，可以实现器件的小型化。

采用上述实施例中的X频段功率放大器进行仿真实验，对本实施例中的X频段功率放大器的性能进行验证。图11为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的增益曲线图，横坐标为频率freq,单位为GHz，纵坐标为增益dB（S(1,1)）,单位为dB。图12为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输入回波损耗曲线图，横坐标为频率freq,单位GHz，纵坐标为输入回波损耗dB（S(2,1)）,单位为dB。图13为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的功率增益曲线图，横坐标为频率freq,单位GHz，纵坐标为功率增益POWER GAIN,单位为DB。图14为本发明实施例提供的一种X频段功率放大器的输出功率曲线图，横坐标为频率freq,单位GHz，纵坐标为输出功率POUT,单位为DBM。参考图11-图14可知，本实施例提供的X频段功率放大器输入驻波良好、在8-10G的频带内输出饱和功率20W，功率附加效率大于40%，小信号增益15dB左右，X频段功率放大器性能良好。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X频段功率放大器，其特征在于，包括：晶体管、输入匹配网络和输出匹配网络，所述输入匹配网络连接在信号输入端和所述晶体管的栅极之间，所述输出匹配网络连接在所述晶体管的漏极和信号输出端之间；所述输入匹配网络包括栅极偏置电路、第一稳定电路、第二稳定电路、第一阻抗匹配电路，所述输出匹配网络包括漏极偏置电路、第二阻抗匹配电路；

所述第一阻抗匹配电路的输入端与信号输入端电连接，所述第一阻抗匹配电路的第一输出端与所述第一稳定电路电连接，所述第一阻抗匹配电路的第二输出端与所述第二稳定电路电连接，所述第一阻抗匹配电路的第一调节端与所述栅极偏置电路电连接，所述第一调节端位于所述第一阻抗匹配电路的输入端和第一输出端之间，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述晶体管的栅极电连接；

所述第二阻抗匹配电路的输出端与所述信号输出端电连接，所述第二阻抗匹配电路的第一输入端和第二输入端分别与所述晶体管的漏极电连接，所述第二阻抗匹配电路的第二调节端与所述漏极偏置电路电连接，所述第二调节端位于所述第二阻抗匹配电路的输出端和第一输入端之间；

所述晶体管的栅极包括第一栅极、第二栅极、第三栅极和第四栅极，所述第一阻抗匹配电路包括第一焊接端、第二焊接端、第三焊接端、第四焊接端、第五焊接端、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线，所述第五焊接端的第一端作为所述第一阻抗匹配电路的输入端，所述第五焊接端的第二端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容和所述第一微带线的第一端电连接，所述第一电容的第二端作为所述第一调节端，所述第一微带线的第二端分别与所述第二微带线和所述第三微带线的第一端电连接，所述第二微带线的第二端与所述第三电容电连接，所述第二微带线的第二端还与所述第四微带线的第一端电连接，所述第四微带线的第二端作为所述第一输出端，所述第四微带线的第二端与所述第一焊接端的第一端电连接，所述第一焊接端的第二端与所述第一栅极电连接，所述第四微带线的第二端与所述第二焊接端的第一端电连接，所述第二焊接端的第二端与所述第二栅极电连接，所述第三微带线的第二端与所述第四电容电连接，所述第三微带线的第二端还与所述第五微带线的第一端电连接，所述第五微带线的第二端作为所述第二输出端，所述第五微带线的第二端与所述第三焊接端的第一端电连接，所述第三焊接端的第二端与所述第三栅极电连接，所述第五微带线的第二端与所述第四焊接端的第一端电连接，所述第四焊接端的第二端与所述第二栅极电连接。

2.根据权利要求1所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络集成于第一芯片上，所述输出匹配网络集成于第二芯片上。

3.根据权利要求1所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述栅极偏置电路包括偏置电感、第五电容、第六电容、第一电阻和第六焊接端；

所述偏置电感的第一端与所述第一调节端电连接，所述偏置电感的第二端与所述第五电容电连接，所述偏置电感的第二端还与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第六电容电连接，所述偏置电感的第二端还与所述第六焊接端电连接。

4.根据权利要求3所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述第一稳定电路包括第二电阻和第七电容，所述第二稳定电路包括第三电阻和第八电容；

所述第二电阻的第一端与所述第一阻抗匹配电路的第一输出端电连接，所述第二电阻的第二端与所述第七电容电连接；所述第三电阻的第一端与所述第一阻抗匹配电路的第二输出端电连接，所述第三电阻的第二端与所述第八电容电连接。

5.根据权利要求4所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述第五焊接端、所述第一电容、所述第一微带线、所述第二微带线、所述第四微带线、所述第一焊接端沿芯片的第一方向排列，所述第一焊接端、所述第二焊接端、所述第三焊接端和所述第四焊接端沿第二方向排列，所述第一微带线、所述偏置电感沿第二方向排列，所述第二微带线和所述第三微带线关于第一中线对称，所述第四微带线和所述第五微带线关于所述第一中线对称，所述第一稳定电路和所述第二稳定电路关于所述第一中线对称，所述第一方向与所述输入匹配网络、所述晶体管和所述输出匹配网络的排列方向相同，所述第一中线与第一方向平行且平分所述第五焊接端，所述第一方向和所述第二方向相交。

6.根据权利要求5所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述第一微带线包括依次连接的第一连接结构、第二连接结构、第三连接结构、第四连接结构、第五连接结构、第六连接结构、第七连接结构、第八连接结构、第九连接结构，所述第一连接结构还与所述第一电容的第二端电连接，所述第九连接结构还分别与所述第二微带线和所述第三微带线的第一端电连接，所述第一连接结构、所述第三连接结构、所述第五连接结构、所述第七连接结构和所述第九连接结构均沿所述第一方向延伸，所述第二连接结构、所述第四连接结构、所述第六连接结构和所述第八连接结构均沿所述第二方向延伸，且所述第一微带线关于第二中线对称，所述第二中线的延伸方向与所述第二方向相同，且所述第二中线平分所述第五连接结构；

所述第二微带线包括第十连接结构，所述第十连接结构沿所述第二方向延伸，所述第三微带线包括第十一连接结构，所述第十一连接结构沿所述第二方向延伸；

所述第四微带线包括依次连接的第十二连接结构、第十三连接结构、第十四连接结构、第十五连接结构和第十六连接结构，所述第十二连接结构还与所述第二微带线的第二端电连接，所述第十六连接结构还分别与所述第一稳定电路和第一输出端电连接，所述第十二连接结构、所述第十四连接结构和所述第十六连接结构沿所述第一方向延伸，所述第十三连接结构和所述第十五连接结构沿所述第二方向延伸；

所述第五微带线的结构与所述第四微带线的结构相同，且所述第四微带线和所述第五微带线关于所述第一中线对称。

7.根据权利要求1所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述晶体管的漏极包括第一漏极、第二漏极、第三漏极和第四漏极，所述第二阻抗匹配电路包括：第七焊接端、第八焊接端、第九焊接端、第十焊接端、第十一焊接端、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第九电容和第十电容；

所述第七焊接端的第一端与所述第一漏极电连接，所述第七焊接端的第二端与所述第六微带线的第一端电连接，所述第六微带线的第二端与所述第八微带线的第一端电连接，所述第八焊接端的第一端与所述第二漏极电连接，所述第八焊接端的第二端与所述第七微带线的第一端电连接，所述第七微带线的第二端与所述第八微带线的第一端电连接，所述第八微带线的第二端与所述第十二微带线的第一端电连接，所述第九焊接端的第一端与所述第三漏极电连接，所述第九焊接端的第二端与所述第九微带线的第一端电连接，所述第九微带线的第二端与所述第十一微带线的第一端电连接，所述第十焊接端的第一端与所述第四漏极电连接，所述第十焊接端的第二端与所述第十微带线的第一端电连接，所述第十微带线的第二端与所述第十一微带线的第一端电连接，所述第十一微带线的第二端与所述第十二微带线的第一端电连接，所述第十二微带线的第二端与所述第十三微带线的第一端电连接，所述第十二微带线的第二端作为所述第二调节端，所述第十三微带线的第二端分别与所述第九电容和第十电容的一端电连接，所述第十电容的另一端还与所述第十一焊接端电连接，所述第十一焊接端作为所述第二阻抗匹配电路的输出端。

8.根据权利要求7所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述漏极偏置电路包括第十四微带线、第十一电容、第十五微带线、第四电阻、第十二电容和第十二焊接端，所述第十四微带线的第一端与所述第二调节端电连接，所述第十四微带线的第二端与所述第十一电容电连接，所述第十四微带线的第二端还与所述第十五微带线的第一端电连接，所述第十五微带线的第二端与所述第四电阻的第一端电连接，所述第四电阻的第二端与所述第十二电容电连接，所述第十五微带线的第二端与所述第十二焊接端电连接。

9.根据权利要求8所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述第七焊接端、所述第十三微带线、所述第九电容、所述第十电容、所述第十一焊接端沿第一方向排列，所述第七焊接端、所述第八焊接端、所述第九焊接端和所述第十焊接端沿第二方向排列，所述第十三微带线和所述第十四微带线沿第二方向排列，所述第一方向为所述输入匹配网络、所述晶体管和所述输出匹配网络排列的方向，所述第一方向和所述第二方向相交。

10.根据权利要求9所述的X频段功率放大器，其特征在于，所述第十三微带线包括依次连接的第十七连接结构、第十八连接结构、第十九连接结构、第二十连接结构、第二十一连接结构、第二十二连接结构、第二十三连接结构，第十七连接结构还与所述第十二微带线的第二端电连接，所述第二十三连接结构还与所述第九电容电连接，所述第十七连接结构、第十九连接结构、第二十一连接结构、第二十三连接结构均沿所述第一方向延伸，所述第十八连接结构、第二十连接结构、第二十二连接结构均沿所述第二方向延伸；

所述第十四微带线包括依次连接的第二十三连接结构、第二十四连接结构、第二十五连接结构、第二十六连接结构、第二十七连接结构、第二十八连接结构、第二十九连接结构、第三十连接结构，所述第二十三连接结构还与所述第十二微带线的第二端电连接，所述第三十连接结构的另一端还与所述第十一电容电连接，所述第二十四连接结构、第二十六连接结构、第二十八连接结构、第三十连接结构均沿所述第一方向延伸，所述第二十三连接结构、第二十五连接结构、第二十七连接结构、以及所述第二十九连接结构均沿所述第二方向延伸。

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