CN115913154B - 微波功率放大器和微波芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微波功率放大器和微波芯片，其包括输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络；输入巴伦网络用于输入阻抗匹配，并将接收外部输入的单端信号转换为两路差分信号并输出；驱动放大器用于将接收两路差分信号进行信号放大；级间匹配网络用于输入阻抗匹配；差分结构功率放大器用于将级间匹配网络输出的两路信号分别进行功率放大；输出匹配网络用于输出阻抗匹配，并将差分结构功率放大器输出的两路信号进行功率合成，以实现差分信号转换为单端信号；输出匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和自耦变压器。采用本发明的技术方案的输出功率高且效率高，版图面积小且集成度高。

Description

微波功率放大器和微波芯片

技术领域

本发明涉及微波电路技术领域，尤其涉及一种微波功率放大器和微波芯片。

背景技术

微波功率放大器位于无线通信系统发射链的末端。微波功率放大器用于将发射信号放大到一定功率水平，并驱动天线将信号不失真地辐射到足够远的距离，以能够被接收设备正确检测出来。微波功率放大器的输出功率决定着信号传播距离的远近。目前，采用微波单片集成电路（MMIC: MicrowaveMonolithic Integrated Circuit）工艺设计的微波功率放大器受限于器件的击穿电压、功率密度等物理特性的限制，单个器件的输出功率有限。为了获得更大的输出功率，微波功率放大器采用功率合成的方法，将多路微波功率器件进行同相功率叠加，是获得高功率的有效方法。

相关技术的微波功率放大器在工程上最常用的微波功率合成方式是两路功率信号的功率合成，因为在大多数应用中，无线通信系统要求微波功率放大器的输入输出是单端形式，采用巴伦可以很方便地实现单端信号到两路差分信号的转换，结构简单，容易实现。差分结构功率放大器不仅输出功率比单端形式的放大器增大了一倍，而且抗干扰和噪声能力强，容易接地，具有偶次谐波抑制能力，因此，差分微波功率放大器在MMIC电路设计中被广泛使用。MMIC工艺中，磁耦合变压器不仅可以实现阻抗变换，完成阻抗匹配，而且能够实现平衡与非平衡的转换，尺寸小，成本低，是集成电路工艺中实现功率合成的常用器件。相关技术的微波功率放大器的结构一般包括依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、巴伦结构级间匹配网络、差分结构功率放大器和输出匹配网络，其中，输出匹配网络包括磁耦合变压器。输入信号经所述输入巴伦网络输入到所述驱动放大器中，放大后的信号经所述巴伦结构级间匹配网络完成单端信号到差分信号的转换，同时所述巴伦结构级间匹配网络将所述差分结构功率放大器的输入阻抗变换到所述驱动放大器的输出最优阻抗，所述差分结构功率放大器的输出端通过基于磁耦合变压器的所述输出匹配网络连接至外部负载，所述输出匹配网络将负载阻抗变换到所述差分结构功率放大器的输出最优阻抗，同时完成差分信号转换到单端信号的转换。所述输出匹配网络中的所述磁耦合变压器的性能是微波功率放大器能够高效率输出功率的关键因素。

然而，相关技术的基于磁耦合变压器的微波功率放大器，采用所述输出匹配网络中的所述磁耦合变压器，尽管所述磁耦合变压器能够实现直流隔离，工作鲁棒性好，但所述磁耦合变压器在高频率频段功率损耗大，降低了微波功率放大器的最大输出功率和效率。当采用MMIC工艺设计微波功率放大器时，所述磁耦合变压器占用的芯片面积的面积大，插损大，成本高，基于磁耦合变压器的微波功率放大器不易于集成于芯片。

因此，实有必要提供一种新的微波功率放大器和微波芯片解决上述问题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种输出功率高且效率高，版图面积小且集成度高的微波功率放大器和微波芯片。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施例提供了一种微波功率放大器，

所述微波功率放大器包括依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络；

所述输入巴伦网络用于输入阻抗匹配，并将接收外部输入的单端信号转换为两路差分信号并输出；所述输入巴伦网络的输入端作为所述微波功率放大器的输入端；

所述驱动放大器用于将接收两路所述差分信号进行信号放大；

所述级间匹配网络用于输入阻抗匹配；

所述差分结构功率放大器用于将所述级间匹配网络输出的两路信号分别进行功率放大；所述输出匹配网络用于输出阻抗匹配，并将所述差分结构功率放大器输出的两路信号进行功率合成，以实现差分信号转换为单端信号；

所述输出匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和自耦变压器，所述第五电容的第一端作为所述输出匹配网络的第一输入端，且所述第五电容的第一端分别连接至所述差分结构功率放大器的第一输出端和所述自耦变压器的第一输入端；

所述第五电容的第二端作为所述输出匹配网络的第二输入端，且所述第五电容的第二端分别端连接至所述差分结构功率放大器的第二输出端和所述自耦变压器的第二输入端；

所述自耦变压器的中心抽头端连接至电源电压；

所述自耦变压器的第一输出端分别连接至所述第六电容的第一端和所述第七电容的第一端；

所述自耦变压器的第二输出端分别连接至所述第六电容的第二端和所述第八电容的第一端；所述第八电容的第二端接地；

所述第七电容的第二端作为所述微波功率放大器的输出端，用于连接外部的负载。

优选的，所述自耦变压器包括第一线圈、分别与所述第一线圈耦合且依次串联的第三线圈、第二线圈以及第四线圈；所述第一线圈和所述第二线圈共同组成所述自耦变压器的公共绕组，所述第三线圈和所述第四线圈共同组成所述自耦变压器的串联绕组；

所述第一线圈的第一端作为所述自耦变压器的第一输入端，且所述第一线圈的第一端分别连接至所述第二线圈的第一端和所述第三线圈的第二端；

所述第一线圈的第二端作为所述自耦变压器的第二输入端，且所述第一线圈的第二端分别连接至所述第二线圈的第二端和所述第四线圈的第一端；

所述第二线圈的中心抽头端作为所述自耦变压器的中心抽头端；

所述第三线圈的第一端作为所述自耦变压器的第一输出端；

所述第四线圈的第二端作为所述自耦变压器的第二输出端。

优选的，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈以及所述第四线圈均为金属线制成。

优选的，所述第二线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成内圈，所述第一线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成外圈，所述第三线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成上半圈，所述第四线圈为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成下半圈；

所述第三线圈和所述第四线圈均间隔且绕设于所述第二线圈的外周侧，且分别位于所述第二线圈的相对两侧；所述第一线圈分别间隔且绕设于所述第三线圈的外周侧和所述第四线圈的外周侧；

所述第一线圈的第一端和所述第一线圈的第二端均位于所述第二线圈的另外相对两侧的同一侧，所述第二线圈的中心抽头端、所述第三线圈的第一端以及所述第四线圈的第二端均位于所述第二线圈的另外相对两侧的另一侧；

所述第一线圈的第一端通过金属线跨过所述第三线圈的金属线后连接至所述第二线圈的第一端；所述第一线圈的第二端通过金属线跨过所述第四线圈的金属线后连接至所述第二线圈的第二端；所述第二线圈的第二端通过金属线弯折延伸至所述第三线圈的第二端；所述第二线圈的第一端通过金属线跨过所述第二线圈的第二端的金属线延伸部分后连接至所述第四线圈的第一端。

优选的，所述第一线圈和所述第二线圈分别延伸形成的金属圈均呈正方形、圆形、椭圆形中的任意一种。

优选的，所述输入巴伦网络包括第一电容、第二电容和第一变压器，

所述第一电容的第一端作为所述输入巴伦网络的输入端，且所述第一电容的第一端连接至所述第一变压器的初级线圈的第一端；所述第一变压器的初级线圈的第二端接地；

所述第一电容的第二端接地；

所述第一变压器的次级线圈的第一端作为所述输入巴伦网络的第一输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第一端连接至所述第二电容的第一端；

所述第一变压器的次级线圈的第二端作为所述输入巴伦网络的第二输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第二端连接至所述第二电容的第二端。

优选的，所述驱动放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为三极管；

所述第一晶体管的基极作为所述驱动放大器的第一输入端；

所述第一晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第一输出端；

所述第一晶体管的发射极接地；

所述第二晶体管的基极作为所述驱动放大器的第二输入端；

所述第二晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第二输出端；

所述第二晶体管的发射极接地。

优选的，所述级间匹配网络包括第三电容、第四电容和第二变压器，

所述第三电容的第一端作为所述级间匹配网络的输入端，且所述第三电容的第一端连接至所述第二变压器的初级线圈的第一端；所述第二变压器的初级线圈的第二端接地；

所述第三电容的第二端接地；

所述第二变压器的次级线圈的第一端作为所述级间匹配网络的第一输出端，且所述第二变压器的次级线圈的第一端连接至所述第四电容的第一端；

所述第二变压器的次级线圈的第二端作为所述级间匹配网络的第二输出端，且所述第二变压器的次级线圈的第二端连接至所述第四电容的第二端。

优选的，所述差分结构功率放大器包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管均为三极管；

所述第三晶体管的基极作为所述差分结构功率放大器的第一输入端；

所述第三晶体管的集电极作为所述差分结构功率放大器的第一输出端；

所述第三晶体管的发射极接地；

所述第四晶体管的基极作为所述差分结构功率放大器的第二输入端；

所述第四晶体管的集电极作为所述差分结构功率放大器的第二输出端；

所述第四晶体管的发射极接地。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种微波芯片，其特征在于，所述微波芯片包括如本发明的实施例提供上述的微波功率放大器。

与相关技术相比，本发明的微波功率放大器和微波芯片通过设置依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络。其中，所述输出匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和自耦变压器，该结构使得所述输出匹配网络基于所述自耦变压器，并使得所述自耦变压器用作升压变压器。由于自耦变压器比磁耦合变压器耗散的功率小，引入的插损也小，并使得本发明的微波功率放大器输出功率高，进而提升了微波功率放大器的工作效率。其中，所述自耦变压器只有一个绕组，所述自耦变压器的输出和输入共用一组线圈，同容量的所述自耦变压器与相关技术的磁耦合变压器相比，所述自耦变压器不但尺寸小，而且效率高，从而使得本发明的微波功率放大器的版图面积小且集成度高。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中，

图1为本发明微波功率放大器的电路结构示意图；

图2为本发明微波功率放大器的应用电路结构示意图；

图3为本发明微波功率放大器的自耦变压器的电路原理图；

图4为本发明的微波功率放大器的自耦变压器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种微波功率放大器100。

请同时参考图1-图2所示，图1为本发明微波功率放大器100的电路结构示意图；图2为本发明微波功率放大器100的应用电路结构示意图。

所述微波功率放大器100包括依次连接的输入巴伦网络1、驱动放大器2、级间匹配网络3、差分结构功率放大器4以及输出匹配网络5。

所述微波功率放大器100的电路连接关系为：

所述输入巴伦网络1的输入端作为所述微波功率放大器100的输入端RFin。

所述驱动放大器2的第一输入端连接至所述输入巴伦网络1的第一输出端，所述驱动放大器2的第二输入端连接至所述输入巴伦网络1的第二输出端。

所述级间匹配网络3的第一输入端连接至所述驱动放大器2的第一输出端，所述级间匹配网络3的第二输入端连接至所述驱动放大器2的第二输出端。

所述差分结构功率放大器4的第一输入端连接至所述级间匹配网络3的第一输出端，所述差分结构功率放大器4的第二输入端连接至所述级间匹配网络3的第二输出端。

所述输出匹配网络5的第一输入端连接至所述差分结构功率放大器4的第一输出端。所述输出匹配网络5的第二输入端连接至所述差分结构功率放大器4的第二输出端。

所述输出匹配网络5的输出端作为所述微波功率放大器100的输出端RFout，用于连接外部的负载RL。

所述输入巴伦网络1用于输入阻抗匹配，并将接收外部输入的单端信号转换为两路差分信号并输出。

本实施例中，所述输入巴伦网络1包括第一电容C1、第二电容C2和第一变压器XFM1。

所述输入巴伦网络1的电路连接关系为：

所述第一电容C1的第一端作为所述输入巴伦网络1的输入端RFin，且所述第一电容C1的第一端连接至所述第一变压器XFM1的初级线圈LP1的第一端。所述第一变压器XFM1的初级线圈LP1的第二端接地GND。

所述第一电容C1的第二端接地GND。

所述第一变压器XFM1的次级线圈LS1的第一端作为所述输入巴伦网络1的第一输出端，且所述第一变压器XFM1的次级线圈LS1的第一端连接至所述第二电容C2的第一端。

所述第一变压器XFM1的次级线圈LS1的第二端作为所述输入巴伦网络1的第二输出端，且所述第一变压器XFM1的次级线圈LS1的第二端连接至所述第二电容C2的第二端。

所述驱动放大器2用于将接收两路所述差分信号进行信号放大。

本实施例中，所述驱动放大器2包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2均为三极管。其中，所述输入巴伦网络1还用于同时将所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的输入阻抗变换到了所述微波功率放大器100的输入端RFin的信号源阻抗。

所述驱动放大器2的电路连接关系为：

所述第一晶体管Q1的基极作为所述驱动放大器2的第一输入端。

所述第一晶体管Q1的集电极作为所述驱动放大器2的第一输出端。

所述第一晶体管Q1的发射极接地GND。

所述第二晶体管Q2的基极作为所述驱动放大器2的第二输入端。

所述第二晶体管Q2的集电极作为所述驱动放大器2的第二输出端。

所述第二晶体管Q2的发射极接地GND。

所述级间匹配网络3用于输入阻抗匹配。

本实施例中，所述级间匹配网络3包括第三电容C3、第四电容C4和第二变压器XFM2。

所述级间匹配网络3的电路连接关系为：

所述第三电容C3的第一端作为所述级间匹配网络3的输入端，且所述第三电容C3的第一端连接至所述第二变压器XFM2的初级线圈LP2的第一端。所述第二变压器XFM2的初级线圈LP2的第二端接地GND。

所述第三电容C3的第二端接地GND。

所述第二变压器XFM2的次级线圈LS2的第一端作为所述级间匹配网络3的第一输出端，且所述第二变压器XFM2的次级线圈LS2的第一端连接至所述第四电容C4的第一端。

所述第二变压器XFM2的次级线圈LS2的第二端作为所述级间匹配网络3的第二输出端，且所述第二变压器XFM2的次级线圈LS2的第二端连接至所述第四电容C4的第二端。

所述差分结构功率放大器4用于将所述级间匹配网络3输出的两路信号分别进行功率放大。

本实施例中，所述差分结构功率放大器4包括第三晶体管Q3和第四晶体管Q4，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4均为三极管。其中，所述级间匹配网络3还用于将所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的输入阻抗变换到所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的最佳输出阻抗。

所述差分结构功率放大器4的电路连接关系为：

所述第三晶体管Q3的基极作为所述差分结构功率放大器4的第一输入端。

所述第三晶体管Q3的集电极作为所述差分结构功率放大器4的第一输出端。

所述第三晶体管Q3的发射极接地GND。

所述第四晶体管Q4的基极作为所述差分结构功率放大器4的第二输入端。

所述第四晶体管Q4的集电极作为所述差分结构功率放大器4的第二输出端。

所述第四晶体管Q4的发射极接地GND。

所述输出匹配网络5用于输出阻抗匹配，并将所述差分结构功率放大器4输出的两路信号进行功率合成，以实现差分信号转换为单端信号。所述输出匹配网络5将负载RL变换到所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的最佳输出阻抗，同时实现差分信号到单端信号的转换。

具体的，所述输出匹配网络5包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和自耦变压器XFM3。

所述输出匹配网络5的电路连接关系为：

所述第五电容C5的第一端作为所述输出匹配网络5的第一输入端，且所述第五电容C5的第一端分别连接至所述差分结构功率放大器4的第一输出端和所述自耦变压器XFM3的第一输入端PA1。

所述第五电容C5的第二端作为所述输出匹配网络5的第二输入端，且所述第五电容C5的第二端分别端连接至所述差分结构功率放大器4的第二输出端和所述自耦变压器XFM3的第二输入端PA2。

所述自耦变压器XFM3的中心抽头端连接至电源电压。

所述自耦变压器XFM3的第一输出端OUT1分别连接至所述第六电容C6的第一端和所述第七电容C7的第一端。

所述自耦变压器XFM3的第二输出端OUT2分别连接至所述第六电容C6的第二端和所述第八电容C8的第一端。所述第八电容C8的第二端接地GND。

所述第七电容C7的第二端作为所述微波功率放大器100的输出端，用于连接外部的负载。

所述输出匹配网络5基于所述自耦变压器XFM3，自耦变压器是指它的绕组是初级和次级在同一条绕组上的变压器，原、副绕组直接串联，自行耦合的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式。自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接电的联系，自耦变压器原副边有直接电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。通信线路的防护设备中也会使用自耦变压器等保护设备。本实施例中，为将本发明微波功率放大器100易于集成于芯片中，所述自耦变压器XFM3只有一个绕组，所述自耦变压器XFM3的输出和输入共用一组线圈，通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，所述自耦变压器XFM3的其余部分称为串联绕组。升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分抽头电压就降低，比共用线圈多的部分抽头电压就升高。当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组。当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的部分线匝上。同容量的所述自耦变压器XFM3与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高。

所述输出匹配网络5的电路中，所述第五电容C5和所述第六电容C6均为调谐电容，均用于调节所述自耦变压器XFM3的输入端口和输出端口的阻抗。所述第七电容C7和所述第八电容C8均为隔直电容，均用于阻止电源电压VCC中的直流流过。

请同时参考图3-图4所示，图3为本发明微波功率放大器100的自耦变压器XFM3的电路原理图；图4为本发明的微波功率放大器100的自耦变压器XFM3的结构图。

所述自耦变压器XFM3包括第一线圈L1、分别与所述第一线圈L1耦合且依次串联的第三线圈L3、第二线圈L2以及第四线圈L4。所述第一线圈L1和所述第二线圈L2共同组成所述自耦变压器XFM3的公共绕组，所述第三线圈L3和所述第四线圈L4共同组成所述自耦变压器XFM3的串联绕组。

所述自耦变压器XFM3的电路连接关系为；

所述第一线圈L1的第一端L1A作为所述自耦变压器XFM3的第一输入端PA1，且所述第一线圈L1的第一端L1A分别连接至所述第二线圈L2的第一端L2A和所述第三线圈L3的第二端L3B。

所述第一线圈L1的第二端L1B作为所述自耦变压器XFM3的第二输入端PA2，且所述第一线圈L1的第二端L1B分别连接至所述第二线圈L2的第二端L2B和所述第四线圈L4的第一端L4A。

所述第二线圈L2的中心抽头端LC作为所述自耦变压器XFM3的中心抽头端。

所述第三线圈L3的第一端L3A作为所述自耦变压器XFM3的第一输出端OUT1。

所述第四线圈L4的第二端L4B作为所述自耦变压器XFM3的第二输出端OUT2。

所述自耦变压器XFM3的第一输入端PA1和第二输入端PA2连接所述自耦变压器XFM3的公共绕组。所述自耦变压器XFM3的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2连接所述自耦变压器XFM3的整个绕组。所述自耦变压器XFM3的中心抽头端连接电源电压VCC，用于连接直流电源。

由于所述自耦变压器XFM3的第一输入端PA1连接所述差分结构功率放大器4的所述第三晶体管Q3的输出端；所述自耦变压器XFM3的第二输入端PA2连接所述差分结构功率放大器4的所述第四晶体管Q4的输出端。而所述自耦变压器XFM3的第一输出端OUT1连接外部负载RL。该结构使得所述自耦变压器XFM3用作升压变压器。由于所述自耦变压器XFM3比相关技术的磁耦合变压器耗散的功率小，引入的插损也小，所述差分结构功率放大器4的所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4输出到负载RL的功率更高了，提升了整个本发明微波功率放大器100的工作效率。采用MMIC工艺设计全集成的本发明微波功率放大器100时，所述自耦变压器XFM3的尺寸也较小，成本更低。

本实施例中，所述第一线圈L1、所述第二线圈L2、所述第三线圈L3以及所述第四线圈L4均为金属线制成。其中金属线制成所述第一线圈L1、所述第二线圈L2、所述第三线圈L3以及所述第四线圈L4的工艺采用本领域常用的工艺，在此，不作详细赘述。

所述自耦变压器XFM3的结构为：

所述第二线圈L2为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成内圈，所述第一线圈L1为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成外圈，所述第三线圈L3为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成上半圈，所述第四线圈L4为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成下半圈。

所述第三线圈L3和所述第四线圈L4均间隔且绕设于所述第二线圈L2的外周侧，且分别位于所述第二线圈L2的相对两侧。所述第一线圈L1分别间隔且绕设于所述第三线圈L3的外周侧和所述第四线圈L4的外周侧。

所述第一线圈L1的第一端L1A和所述第一线圈L1的第二端L1B均位于所述第二线圈L2的另外相对两侧的同一侧，所述第二线圈L2的中心抽头端LC、所述第三线圈L3的第一端L3A以及所述第四线圈L4的第二端L4B均位于所述第二线圈L2的另外相对两侧的另一侧。

所述第一线圈L1的第一端L1A通过金属线跨过所述第三线圈L3的金属线后连接至所述第二线圈L2的第一端L2A。所述第一线圈L1的第二端L1B通过金属线跨过所述第四线圈L4的金属线后连接至所述第二线圈L2的第二端L2B。所述第二线圈L2的第二端L2B通过金属线弯折延伸至所述第三线圈L3的第二端L3B。所述第二线圈L2的第一端L2A通过金属线跨过所述第二线圈L2的第二端L2B的金属线延伸部分后连接至所述第四线圈L4的第一端L4A。

由上述所述自耦变压器XFM3的结构可以得出：所述自耦变压器XFM3应用集成所述微波功率放大器1000时的版图面积小且集成度高。

本实施例中，所述第一线圈L1和所述第二线圈L2分别延伸形成的金属圈均呈正方形、圆形、椭圆形中的任意一种。当然，不限于此，其他多边形状也是可以的。优选的，所述金属圈呈椭圆形，从而使得所述自耦变压器XFM3于集成到芯片版图中，从而使得所述微波功率放大器1000时的版图面积小且集成度高。

需要指出的是，本发明采用的相关电路、电阻、电容、变压器及功率放大器均为本领域常用的电路、元器件，对应的具体的指标和参数根据实际应用进行调整，在此，不作详细赘述。

本发明实施例提供一种微波芯片。所述微波芯片包括本发明实施例提供的所述微波功率放大器100。

可以理解的是，上述的所述微波功率放大器100实施例中的内容均适用于本发明的所述微波芯片，本发明射频芯片实施例所具体实现的功能与上述的所述微波功率放大器100实施例相同，并且达到的有益效果与上述的所述微波功率放大器100实施例所达到的有益效果也相同。

与相关技术相比，本发明的微波功率放大器和微波芯片通过设置依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络。其中，所述输出匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和自耦变压器，该结构使得所述输出匹配网络基于所述自耦变压器，并使得所述自耦变压器用作升压变压器。由于自耦变压器比磁耦合变压器耗散的功率小，引入的插损也小，并使得本发明的微波功率放大器输出功率高，进而提升了微波功率放大器的工作效率。其中，所述自耦变压器只有一个绕组，所述自耦变压器的输出和输入共用一组线圈，同容量的所述自耦变压器与相关技术的磁耦合变压器相比，所述自耦变压器不但尺寸小，而且效率高，从而使得本发明的微波功率放大器的版图面积小且集成度高。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种微波功率放大器，其特征在于，所述微波功率放大器包括依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络；

所述输入巴伦网络用于输入阻抗匹配，并将接收外部输入的单端信号转换为两路差分信号并输出；所述输入巴伦网络的输入端作为所述微波功率放大器的输入端；

所述驱动放大器用于将接收两路所述差分信号进行信号放大；

所述级间匹配网络用于输入阻抗匹配；

所述差分结构功率放大器用于将所述级间匹配网络输出的两路信号分别进行功率放大；所述输出匹配网络用于输出阻抗匹配，并将所述差分结构功率放大器输出的两路信号进行功率合成，以实现差分信号转换为单端信号；

所述输出匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和自耦变压器，所述第五电容的第一端作为所述输出匹配网络的第一输入端，且所述第五电容的第一端分别连接至所述差分结构功率放大器的第一输出端和所述自耦变压器的第一输入端；

所述第五电容的第二端作为所述输出匹配网络的第二输入端，且所述第五电容的第二端分别端连接至所述差分结构功率放大器的第二输出端和所述自耦变压器的第二输入端；

所述自耦变压器的中心抽头端连接至电源电压；

所述自耦变压器的第一输出端分别连接至所述第六电容的第一端和所述第七电容的第一端；

所述自耦变压器的第二输出端分别连接至所述第六电容的第二端和所述第八电容的第一端；所述第八电容的第二端接地；

所述第七电容的第二端作为所述微波功率放大器的输出端，用于连接外部的负载。

2.根据权利要求1所述的微波功率放大器，其特征在于，所述自耦变压器包括第一线圈、分别与所述第一线圈耦合且依次串联的第三线圈、第二线圈以及第四线圈；所述第一线圈和所述第二线圈共同组成所述自耦变压器的公共绕组，所述第三线圈和所述第四线圈共同组成所述自耦变压器的串联绕组；

所述第一线圈的第一端作为所述自耦变压器的第一输入端，且所述第一线圈的第一端分别连接至所述第二线圈的第一端和所述第三线圈的第二端；

所述第一线圈的第二端作为所述自耦变压器的第二输入端，且所述第一线圈的第二端分别连接至所述第二线圈的第二端和所述第四线圈的第一端；

所述第二线圈的中心抽头端作为所述自耦变压器的中心抽头端；

所述第三线圈的第一端作为所述自耦变压器的第一输出端；

所述第四线圈的第二端作为所述自耦变压器的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的微波功率放大器，其特征在于，所述第一线圈、所述第二线圈、所述第三线圈以及所述第四线圈均为金属线制成。

4.根据权利要求3所述的微波功率放大器，其特征在于，所述第二线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成内圈，所述第一线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成外圈，所述第三线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成上半圈，所述第四线圈为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成下半圈；

所述第三线圈和所述第四线圈均间隔且绕设于所述第二线圈的外周侧，且分别位于所述第二线圈的相对两侧；所述第一线圈分别间隔且绕设于所述第三线圈的外周侧和所述第四线圈的外周侧；

所述第一线圈的第一端和所述第一线圈的第二端均位于所述第二线圈的另外相对两侧的同一侧，所述第二线圈的中心抽头端、所述第三线圈的第一端以及所述第四线圈的第二端均位于所述第二线圈的另外相对两侧的另一侧；

所述第一线圈的第一端通过金属线跨过所述第三线圈的金属线后连接至所述第二线圈的第一端；所述第一线圈的第二端通过金属线跨过所述第四线圈的金属线后连接至所述第二线圈的第二端；所述第二线圈的第二端通过金属线弯折延伸至所述第三线圈的第二端；所述第二线圈的第一端通过金属线跨过所述第二线圈的第二端的金属线延伸部分后连接至所述第四线圈的第一端。

5.根据权利要求4所述的微波功率放大器，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈分别延伸形成的金属圈均呈正方形、圆形、椭圆形中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的微波功率放大器，其特征在于，所述输入巴伦网络包括第一电容、第二电容和第一变压器，

所述第一电容的第一端作为所述输入巴伦网络的输入端，且所述第一电容的第一端连接至所述第一变压器的初级线圈的第一端；所述第一变压器的初级线圈的第二端接地；

所述第一电容的第二端接地；

所述第一变压器的次级线圈的第一端作为所述输入巴伦网络的第一输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第一端连接至所述第二电容的第一端；

所述第一变压器的次级线圈的第二端作为所述输入巴伦网络的第二输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第二端连接至所述第二电容的第二端。

7.根据权利要求1所述的微波功率放大器，其特征在于，所述驱动放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为三极管；

所述第一晶体管的基极作为所述驱动放大器的第一输入端；

所述第一晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第一输出端；

所述第一晶体管的发射极接地；

所述第二晶体管的基极作为所述驱动放大器的第二输入端；

所述第二晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第二输出端；

所述第二晶体管的发射极接地。

8.根据权利要求1所述的微波功率放大器，其特征在于，所述级间匹配网络包括第三电容、第四电容和第二变压器，

所述第三电容的第一端作为所述级间匹配网络的输入端，且所述第三电容的第一端连接至所述第二变压器的初级线圈的第一端；所述第二变压器的初级线圈的第二端接地；

所述第三电容的第二端接地；

所述第二变压器的次级线圈的第一端作为所述级间匹配网络的第一输出端，且所述第二变压器的次级线圈的第一端连接至所述第四电容的第一端；

所述第二变压器的次级线圈的第二端作为所述级间匹配网络的第二输出端，且所述第二变压器的次级线圈的第二端连接至所述第四电容的第二端。

9.根据权利要求1所述的微波功率放大器，其特征在于，所述差分结构功率放大器包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管均为三极管；

所述第三晶体管的基极作为所述差分结构功率放大器的第一输入端；

所述第三晶体管的集电极作为所述差分结构功率放大器的第一输出端；

所述第三晶体管的发射极接地；

所述第四晶体管的基极作为所述差分结构功率放大器的第二输入端；

所述第四晶体管的集电极作为所述差分结构功率放大器的第二输出端；

所述第四晶体管的发射极接地。

10.一种微波芯片，其特征在于，所述微波芯片包括如权利要求1-9中任意一项所述的微波功率放大器。

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