CN116073774A - 一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器 - Google Patents

一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器 Download PDF

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陈丽香
孙云飞
阙妙玲
孙佳惟
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Abstract

本发明提供了一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，涉及通信技术领域，包括第一放大模块、第二放大模块和级间模块；其中，第一放大模块与级间模块的输入端连接，第二放大模块与级间模块的输出端连接；第一放大模块包括第一晶体管，第二放大模块包括第二晶体管和第三晶体管，所述第二晶体管和第三晶体管并联；所述级间模块用于第一放大模块和第二放大模块的共轭匹配；通过设置两级放大模块，并在两级放大模块之间设置级间共轭匹配，避免了通过两级放大模块的级联放大出现的非线性问题。

Description

一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器
技术领域
本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器。
背景技术
近年，第五代移动通信系统技术(5G)在中国正式投入使用，标志着第五代移动通信系统技术开始进入人们的工作与生活。相比于之前四代技术，第五代移动通信系统技术主要特点是超宽带，超高速度，超低延时，因此第五代移动通信系统技术对微波功率放大器也提出了更高的要求。
氮化镓(GaN)材料具有禁带宽度大、击穿场强高等优点，其制备的GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)器件无疑是目前第五代移动通信系统技术的微波功率放大器领域中的最好选择。
然而，第五代移动通信系统的增益要求大于20dB，而目前单级的GaN HEMT增益很难满足第五代移动通信系统的增益要求，而基于GaN HEMT的联级放大虽然会满足第五代移动通信系统的增益要求但面临信号耦合出现非线性问题。因此，基于GaN HEMT的功率放大器如何既满足第五代移动通信系统的增益要求又实现高线性化是本领域技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)申请目的
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，用于解决基于GaN HEMT如何既满足第五代移动通信系统的增益要求又实现高线性化的技术问题。
(二)技术方案
本申请公开了一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，包括第一放大模块、第二放大模块和级间模块；其中，第一放大模块与级间模块的输入端连接，第二放大模块与级间模块的输出端连接；第一放大模块包括第一晶体管，第二放大模块包括第二晶体管和第三晶体管，所述第二晶体管和第三晶体管并联；所述级间模块用于第一放大模块和第二放大模块的共轭匹配。
在一种可能的实施方式中，所述级间模块包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感和第二电感；所述第一电容、第二电容和第三电容串联，所述第一电感和第二电感的一端接地，第一电感的另一端与第一电容输出端连接，第二电感的另一端第二电容输出端连接；所述第三电容的输出端与所述第二放大模块的输入端连接。
在一种可能的实施方式中，所述微波功率放大器还包括第二偏置电路模块，所述偏置电路模块用于匹配第二放大模块的的直流偏置点。
在一种可能的实施方式中，所述微波功率放大器还包括第一偏置电路模块，所述第一偏置电路模块用于匹配第一放大模块的的直流偏置点。
在一种可能的实施方式中，所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均为耗尽型晶体管，所述第一偏置电路模块包括第一栅极电压单元和第一漏源极电压单元；所述第二偏置电路模块包括第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元。
在一种可能的实施方式中，所述第一栅极电压单元、第一漏源极电压单元、第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元均包括扼流电感。
在一种可能的实施方式中，所述微波功率放大器还包括输入匹配模块和输出匹配模块，所述输入匹配模块与所述第一放大模块输入端连接，所述输出匹配模块与第二放大模块输出端连接。
在一种可能的实施方式中，所述输入匹配模块和输出匹配模块均为“T”型网络，所述输入匹配模块包括第一匹配电容、第二匹配电容和第一匹配电感，其中，第一匹配电容和第二匹配电容串联，第一匹配电感的一端连接在第一匹配电容和第二匹配电容之间，第一匹配电感的另一端接地；输出匹配模块包括第三匹配电容、第四匹配电容和第二匹配电感，其中，第三匹配电容和第四匹配电容串联，第二匹配电感的一端连接在第一匹配电容和第二匹配电容之间，第二匹配电感的另一端接地。
在一种可能的实施方式中，所述微波功率放大器还包括稳定模块，所述稳定模块设置在所述输入匹配模块与所述第一放大模块之间。
在一种可能的实施方式中，所述第一栅极电压单元、第一漏源极电压单元、第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元均还包括直流电源和电容，电容并联在直流电源两端。
(三)有益效果
通过设置两级放大模块，并在两级放大模块之间设置级间共轭匹配，避免了通过两级放大模块的级联放大出现的非线性问题，使基于GaN HEMT的功率放大器既满足第五代移动通信系统的增益要求又实现高线性化。
本申请的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本申请的实践中得到教导。本申请的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。
图1是本申请系统流程图；
图2是本申请电路结构图；
其中：1、第一放大模块；2、第二放大模块；3、级间模块；4、第二偏置电路模块；5、第一偏置电路模块；6、输入匹配模块；7、输出匹配模块；8、稳定模块；11、第一晶体管；21、第二晶体管；22、第三晶体管；31、第一电容；32、第二电容；33、第三电容；34第一电感；35、第二电感；41、第二栅极电压单元；42、第二漏源极电压单元；51第一栅极电压单元；52、第一漏源极电压单元；61、第一匹配电容；62、第二匹配电容；63、第一匹配电感；71、第三匹配电容；72、第四匹配电容；73、第二匹配电感。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的分配来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本实施例提供了一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，包括第一放大模块1、第二放大模块2和级间模块3；其中，第一放大模块1与级间模块3的输入端连接，第二放大模块2与级间模块3的输出端连接；第一放大模块包括第一晶体管11，第二放大模块包括第二晶体管21和第三晶体管22，所述第二晶体管和第三晶体管并联；所述级间模块用于第一放大模块和第二放大模块的共轭匹配。
通过设置两级放大模块，并在两级放大模块之间设置级间共轭匹配，避免了通过两级放大模块的级联放大出现的非线性问题，使基于GaN HEMT的功率放大器既满足第五代移动通信系统的增益要求又实现高线性化。
本实施例中，所述级间模块包括第一电容31、第二电容32、第三电容33、第一电感34和第二电感35，采用分立式器件便于后续电路设计中改进；所述第一电容31、第二电容32和第三电容33串联，所述第一电感34和第二电感35的一端接地，第一电感34的另一端与第一电容31输出端连接，第二电感35的另一端第二电容32输出端连接；所述第三电容33的输出端与所述第二放大模块的输入端连接。
本实施例中，所述微波功率放大器还包括第二偏置电路模块4，所述偏置电路模块用于匹配第二放大模块的的直流偏置点。
本实施例中，所述微波功率放大器还包括第一偏置电路模块5，所述第一偏置电路模块用于匹配第一放大模块的的直流偏置点。
本实施例中，所述第一晶体管11、第二晶体管21和第三晶体管22均为耗尽型晶体管，所述第一偏置电路模块5包括第一栅极电压单元51和第一漏源极电压单元52，第一漏源极电压单元为第一晶体管漏极提供正向工作电压、第一栅极电压单元为第一晶体管的栅极提供负压；所述第二偏置电路模块包括第二栅极电压单元41和第二漏源极电压单元42，其中，第二栅极电压单元42为第二晶体管和第三晶体管的栅极提供负压，第二漏源极电压单元41为第二晶体管和第三晶体管的漏极提供正向工作电压。本实施例中，所述第一栅极电压单元、第一漏源极电压单元、第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元均包括扼流电感，滤除第一晶体管11、第二晶体管21和第三晶体管22所产生的高频信号与高次谐波。扼流电感的品质因数选择还用于防止电感的寄生参数消耗功率。
本实施例中，所述微波功率放大器还包括输入匹配模块6和输出匹配模块7，所述输入匹配模块与所述第一放大模块输入端连接，所述输出匹配模块与第二放大模块输出端连接。
本实施例中，所述输入匹配模块6和输出匹配模块7均为“T”型网络，所述输入匹配模块包括第一匹配电容61、第二匹配电容62和第一匹配电感63，其中，第一匹配电容61和第二匹配电容62串联，第一匹配电感63的一端连接在第一匹配电容61和第二匹配电容62之间，第一匹配电感63的另一端接地；输出匹配模块7包括第三匹配电容71、第四匹配电容72和第二匹配电感73，其中，第三匹配电容71和第四匹配电容72串联，第二匹配电感73的一端连接在第一匹配电容71和第二匹配电容72之间，第二匹配电感73的另一端接地。
本实施例中，所述微波功率放大器还包括稳定模块8，避免第二放大模块的漏极输出功率和电流值较高，降低晶体管的增益，增强电路稳定性；所述稳定模块设置在所述输入匹配模块与所述第一放大模块之间，本实施例稳定模块由电阻和电容并联构成。
在一种可能的实施方式中，所述第一栅极电压单元、第一漏源极电压单元、第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元均还包括直流电源和电容，电容并联在直流电源两端。直流电源与扼流电感串联。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，包括第一放大模块、第二放大模块和级间模块；其中，第一放大模块与级间模块的输入端连接，第二放大模块与级间模块的输出端连接；第一放大模块包括第一晶体管，第二放大模块包括第二晶体管和第三晶体管，所述第二晶体管和第三晶体管并联；所述级间模块用于第一放大模块和第二放大模块的共轭匹配。
2.根据权利要求1所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述级间模块包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电感和第二电感；所述第一电容、第二电容和第三电容串联，所述第一电感和第二电感的一端接地，第一电感的另一端与第一电容输出端连接，第二电感的另一端第二电容输出端连接；所述第三电容的输出端与所述第二放大模块的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述微波功率放大器还包括第二偏置电路模块，所述偏置电路模块用于匹配第二放大模块的的直流偏置点。
4.根据权利要求3所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述微波功率放大器还包括第一偏置电路模块，所述第一偏置电路模块用于匹配第一放大模块的的直流偏置点。
5.根据权利要求4所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管均为耗尽型晶体管，所述第一偏置电路模块包括第一栅极电压单元和第一漏源极电压单元；所述第二偏置电路模块包括第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元。
6.根据权利要求4所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述第一栅极电压单元、第一漏源极电压单元、第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元均包括扼流电感。
7.根据权利要求6所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述微波功率放大器还包括输入匹配模块和输出匹配模块，所述输入匹配模块与所述第一放大模块输入端连接，所述输出匹配模块与第二放大模块输出端连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述输入匹配模块和输出匹配模块均为“T”型网络，所述输入匹配模块包括第一匹配电容、第二匹配电容和第一匹配电感，其中，第一匹配电容和第二匹配电容串联，第一匹配电感的一端连接在第一匹配电容和第二匹配电容之间，第一匹配电感的另一端接地；输出匹配模块包括第三匹配电容、第四匹配电容和第二匹配电感，其中，第三匹配电容和第四匹配电容串联，第二匹配电感的一端连接在第一匹配电容和第二匹配电容之间，第二匹配电感的另一端接地。
9.根据权利要求7所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述微波功率放大器还包括稳定模块，所述稳定模块设置在所述输入匹配模块与所述第一放大模块之间。
10.根据权利要求6所述的一种基于GaN HEMT的高线性微波功率放大器，其特征在于，所述第一栅极电压单元、第一漏源极电压单元、第二栅极电压单元和第二漏源极电压单元均还包括直流电源和电容，电容并联在直流电源两端。
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