CN206490651U - 一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，包括集成在封装管壳内的前级放大电路、后级放大电路和供电电路；前级放大电路包括GaN驱动功率放大器；后级放大电路包括GaN芯片、两级匹配电路和偏置电路；GaN驱动功率放大器和GaN芯片的栅极和漏极分别共用同一个电源。在有限的管壳内部加入了两级放大电路，使得输出增益大大提高，针对C波段设计的内部偏置电路的加入有效节省了管壳外围PCB电路的铺设空间。另外，内部分压电路使得前后两级放大电路可以共用同一个栅极电压和同一个漏极电压，节省PCB 空间。

Description

一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路

技术领域

本实用新型涉及一种GaN微波功率放大器电路，属于电路技术领域。

背景技术

GaN微波功率器件有着功率密度高，效率高，工作频率更高等特点，在军品和民品市场方面，相比于其他工艺的产品具有较大的优势，因此得到了广泛应用。目前由于微型化和低成本的要求，器件一般采用通用的封装管壳进行器件封装，器件内部空间有限，需要放入GaN芯片、阻抗变换电路、偏置电路等，能放入的部件有限，这就使器件的增益有了一定局限性。在这样的条件下，要实现高增益的方案比较困难。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，包括集成在封装管壳内部对输入信号依次进行放大的前级放大电路和后级放大电路，还包括为前级放大电路和后级放大电路进行供电的供电电路；

前级放大电路包括GaN驱动功率放大器；后级放大电路包括GaN芯片、两级匹配电路和偏置电路；两级匹配电路的第一级T型匹配电路由串联电感和匹配电容串联，第二级为输入阻抗变换线和输出阻抗变换线；偏置电路包括设置在GaN芯片输入和输出端的四分之一波长线和与波长线并联的偏置电容；

GaN驱动功率放大器和GaN芯片的栅极和漏极分别共用同一个电源。

还包括一分压电路，使前、后级放大电路中的GaN驱动功率放大器和GaN芯片达到所需的阈值电压。

所述的串联电感由键合金丝形成。

GaN驱动功率放大器和GaN芯片的栅极和漏极供电线路上分别接入滤波电容。

输入信号经信号输入端输入GaN驱动功率放大器放大后，经过输入阻抗变换线、由匹配电容和串联电感组成的T型匹配电路，输入GaN芯片的栅极，再从GaN芯片漏极输出，依次经过由匹配电容和串联电感组成的T型匹配电路、输出阻抗变换线，最后传送到信号输出端。

后级放大电路的信号输出端还贴有隔直电容。

供电电路中的栅极供电端分两路，一路经第三电阻、第一供电传输线、第一偏置电容和四分之一波长线，为后级的GaN芯片的栅极供电；另外一路经第二电阻、第四滤波电容和第二供电传输线，为前级的GaN驱动功率放大器栅极供电。

供电电路中的漏极供电端分两路，一路依次经过并联的第三滤波电容、第二偏置电容和四分之一波长线，传送至后级的GaN芯片的漏极；另外一路依次经过并联的第一滤波电容、第三供电传输线和第二滤波电容，最后传送到前级驱动功率放大器的漏极。

本实用新型所达到的有益效果：

在有限的管壳内部加入了两级放大电路，使得输出增益大大提高，针对C波段设计的内部偏置电路的加入有效节省了管壳外围PCB电路的铺设空间。另外，内部分压电路使得前后两级放大电路可以共用同一个栅极电压和同一个漏极电压，节省PCB空间。

附图说明

图1是本实用新型的C波段高增益微波功率放大器电路结构示意图；

图2是前级GaN驱动功率放大器示意图；

图3是后级GaN芯片示意图；

图4是分压电路示意图；

图中标记的含义：

1-封装管壳；2-信号输入端引脚；3-信号输出端引脚；4-栅极供电端；5-漏极供电端；6-GaN驱动功率放大器；7-GaN芯片；8-匹配电容；91-输入阻抗变换线；92-后级栅极偏置线；93-前级漏极供电传输线；101-后级输出阻抗变换线；102-后级漏极偏置线；11-供电传输线（集成分压电阻）；12-前级栅极供电传输线；13后级栅极供电传输线；14-滤波电容；141、142、143、144-滤波电容；151、152-偏置电容；16-键合金丝（图中所有器件之前相连的线段）；17-隔直电容；

61-栅极；62-漏极；63-信号输入端；64-信号输出端；

71-栅极（即信号输入端）；72-漏极（即信号输出端）；

111-电阻；112-分压电阻；113-电阻；114-电阻；115-电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实施例整体由两部分组成，前级放大电路和后级放大电路。信号通过前级被放大，接着通过后级，并被进一步放大。前级主要是用了一个GaN驱动功率放大器6；后级主要由一个GaN芯片7和两级匹配电路组成；封装管壳1内部还集成了对前、后级的供电电路。

后级的两级匹配电路的第一级T型匹配电路由串联电感（由键合金丝16形成）和匹配电容8串联组成，第二级为阻抗变换线，即图中输入阻抗变换线集成供电传输线和偏置线9和输出阻抗变换线集成偏置线10上的粗线部分。由于器件工作频段比较宽，比如工作在C波段5.3GHz-5.9GHz，GaN芯片7的输入输出阻抗比较低。第一级T型匹配电路的阻抗变换比不能太大，也就是第一级T型匹配电路的阻抗变换的Q值是有限制的。比如第一级T型匹配电路的阻抗由1Ω变换到10Ω，第二级阻抗变换线再把10Ω变换到50Ω。

后级还集成了偏置电路，由针对C波段设计的四分之一波长线（即图中后级栅极偏置线92和后级漏极偏置线102）和并联的偏置电容151、152组成，起到通直流阻交流信号的作用。后级输出端贴有隔直电容17，防止直流信号通过。

前级GaN功率放大器6和后级GaN芯片7的栅极61、71和漏极62、72分别共用同一个电源，由于前级和后级栅极阈值电压是不一样的，所以电路内部设计有分压电阻112。如图4所示，比如后级GaN芯片7需要的栅极71电压可能是-2.7V，而前级GaN驱动功率放大器6需要的栅极61电压是-2.4V，而前级的栅极61本身串联了一个10Ω的电阻111，那么就可以通过并联一个80Ω的分压电阻112来使前级栅极61接收到的电压为-2.4V。这样的话，只需要给整个管子的栅极供电端4接入-2.7V的电压，就可以使前、后级都达到所需的阈值电压。

前、后两级的栅极61、71和漏极62、72都接入了一些滤波电容14，用来过滤电源噪声。另外供电传输线11上的串联电阻111、113以及并联电阻114、115、并联滤波电容14的加入还可以用来防止器件产生振荡。

如图1、图2、图3和图4所示，整个电路的部件连接可分为两个部分，信号传输路径的连接和供电线路的连接。

信号传输路径的连接：信号从信号输入端引脚2输入，传入前级GaN驱动功率放大器6的信号输入端63，然后从信号输入端64输出，依次经过后级的输入阻抗变换线91、由匹配电容8和键合金丝16组成的T型匹配电路，输入后级GaN芯片7的栅极71，再从GaN芯片7漏极72输出，依次经过由匹配电容8和键合金丝16组成的T型匹配电路、后级输出阻抗变换线101、隔直电容17，最后再传送到信号输出端引脚3。

供电线路的连接：栅极电源与栅极供电端4相连，再接入到供电传输线（集成分压电阻）11的栅极供电端，然后分出两路，一路依次通过电阻113、供电传输线13、并联的偏置电容151、四分之一波长线（后级栅极偏置线92），最后传送到后级GaN芯片7的栅极71。另外一路依次通过电阻111、并联的分压电阻112、滤波电容144、供电传输线12，最后接入到前级的栅极61。因为键合金丝不宜过长，所以加入了供电传输线12、13进行过渡。漏极电源与漏极供电端5相连，再接入到供电传输线（集成分压电阻）11的漏极供电端，之后分出两路，一路依次经过并联的滤波电容143、偏置电容152、四分之一波长线（后级漏极偏置线102），最后传送到后级GaN芯片7的漏极72。另外一路依次经过并联的滤波电容141、前级漏极供电传输线93、多个滤波电容142，最后传送到前级驱动功率放大器6的漏极62。输入阻抗变换线91与后级栅极偏置线92连通；输出阻抗变换线101与后级漏极偏置线102连通。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，包括集成在封装管壳内部对输入信号依次进行放大的前级放大电路和后级放大电路，还包括为前级放大电路和后级放大电路进行供电的供电电路；

前级放大电路包括GaN驱动功率放大器；后级放大电路包括GaN芯片、两级匹配电路和偏置电路；两级匹配电路的第一级T型匹配电路由串联电感和匹配电容串联，第二级为输入阻抗变换线和输出阻抗变换线；偏置电路包括设置在GaN芯片输入和输出端的四分之一波长线和与波长线并联的偏置电容；

GaN驱动功率放大器和GaN芯片的栅极和漏极分别共用同一个电源。

2.根据权利要求1所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，还包括一分压电路，使前、后级放大电路中的GaN驱动功率放大器和GaN芯片达到所需的阈值电压。

3.根据权利要求1所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，所述的串联电感由键合金丝形成。

4.根据权利要求1所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，GaN驱动功率放大器和GaN芯片的栅极和漏极供电线路上分别接入滤波电容。

5.根据权利要求1所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，输入信号经信号输入端输入GaN驱动功率放大器放大后，经过输入阻抗变换线、由匹配电容和串联电感组成的T型匹配电路，输入GaN芯片的栅极，再从GaN芯片漏极输出，依次经过由匹配电容和串联电感组成的T型匹配电路、输出阻抗变换线，最后传送到信号输出端。

6.根据权利要求5所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，后级放大电路的信号输出端还贴有隔直电容。

7.根据权利要求1或2所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，供电电路中的栅极供电端分两路，一路经第三电阻、第一供电传输线、第一偏置电容和四分之一波长线，为后级的GaN芯片的栅极供电；另外一路经第二电阻、第四滤波电容和第二供电传输线，为前级的GaN驱动功率放大器栅极供电。

8.根据权利要求1或2所述的一种C波段高增益GaN微波功率放大器电路，其特征是，供电电路中的漏极供电端分两路，一路依次经过并联的第三滤波电容、第二偏置电容和四分之一波长线，传送至后级的GaN芯片的漏极；另外一路依次经过并联的第一滤波电容、第三供电传输线和第二滤波电容，最后传送到前级驱动功率放大器的漏极。