[发明专利]一种基于GaN的宽带平衡功率放大器

说明书

技术领域

 本发明属于电力电子应用技术领域，尤其涉及一种基于GaN的宽带平衡功率放大器。

背景技术

功率放大器是通信、雷达、导航等系统发射端中极为重要的组成部分。通过功率放大器，从前端馈入的小信号会被放大到满足系统需求的功率，进而完成信号的发射、远距离传输和稳定接收。因此，功率放大器的性能决定了系统的技术水平与最终指标。根据现有技术水平，针对毫米波功率放大器的研制主要使用行波管和各种半导体器件。其中，行波管多用于高功率领域，半导体器件多用于中小功率放大器。近年来随着微波固态器件技术的发展，基于半导体器件的固态功率放大器已经越来越得到科研人员和生产厂商的认可，逐步成为主流。固态功率放大器具有可靠性高、交调性能好、功耗小、工作电压低、以及部署灵活等优点。

固态功率放大器主要使用高电子迁移率管（HEMT，High Electron Mobility Transistor），GaN HEMT作为一种异质结场效应管，其主要结构是基于宽带和窄带材料形成的异质结，在异质结界面处由于极化效应形成二维电子气，从而实现载流子和施主杂质在空间上达到了分离的效果。由此带来的高电子迁移率特性能够用于高频、高速的集成电路之中。其具有高功率密度、高截止频率、高饱和电流、高击穿电压和高跨导等优点。在大功率输出条件下能够有效提高系统效率，降低热损耗，减小系统规模和体积。GaN异质结二维电子气出色的电流处理能力使得AlGaN/GaN异质结材料成为制造微波功率器件的理想选择。

目前,宽带功放比较常用的设计技术是分布式或行波放大器方法,这种技术采用线性设计方法确保整个频段内的线性度、增益平坦度和高回波损失.然而,这种技术需要多管芯合成来实现高功率,因此,它存在成本高、规模大、效率低等缺点.使用谐波调协放大器如J类、F类,或者采用开关模式放大器如E类、D类、逆F类,虽然可以显著提高功放效率,但在所需频带内的谐波调协性能的下降,使得此类功放通常只适合于窄带应用,并不适合宽带(一个倍频程)功放设计。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种基于GaN的宽带平衡功率放大器，本发明的功率放大器具有成本低，采用Lange耦合器构建平衡功率放大器结构，使用多节阻抗匹配技术设计输入/输出匹配网络,实现功放宽带特性，在115~315GHz频带内,功放线性增益大于12dB，饱和输出功率大于8W。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：

一种基于GaN的宽带平衡功率放大器，其特征在于，包括Lange耦合器、微带传输线、Banding金丝线、滤波电感、稳定电阻以及宽禁带GaN基HEMT组成；所述第一Lange耦合器（L1）的输入端（1）与信号输入端（IN）相连，该Lange耦合器（L1）的接地端（2）通过第一稳定电阻（R1）接地，该Lange耦合器（L1）的上输出端（3）通过微带传输线（TL）、Banding金丝线（Wire）与第一滤波电容（C1）相连，该Lange耦合器（L1）的下输出端（4）通过微带传输线（TL）、Banding金丝线（Wire）与第二滤波电容（C2）相连；所述的第一电容（C1）通过Banding金丝线（Wire）与第一GaN基HEMT（H1）的输入端（1）相连，第一GaN基HEMT（H1）的接地端（3）接地，第一GaN基HEMT（H1）的输出端（2）通过Banding金丝线（Wire）与第三滤波电容（C3）相连；所述第二电容（C2）通过Banding金丝线（Wire）与第二GaN基HEMT（H2）的输入端（1）相连，第二GaN基HEMT（H2）的接地端（3）接地，第二GaN基HEMT（H2）的输出端（2）通过Banding金丝线（Wire）与第三电容（C4）相连；所述的第三电容（C3）通过Banding金丝线（Wire）、微带传输线（TL）与第2个Lange耦合器（L2）的上输入端（1）相连，所述的第四电容（C4）通过Banding金丝线（Wire）、微带传输线（TL）与第二Lange耦合器（L2）的下输入端（2）相连，所述Lange耦合器（L2）的接地端（3）通过第二稳定电阻（R2）接地，该Lange耦合器（L2）的输出端（4）与信号输出端（OUT）相连。