[发明专利]一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法

说明书

一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法，属于半导体射频电路技术领域。具体步骤：用微带T型节Tee1和一节微带线TL1/TL2在功率管的输入端提升输入实部阻抗至原功率管输入实部阻抗的4～5倍，实现部分阻抗匹配功能；用微带T型节Tee2和一节微带线TL5/TL6在功率管的输出端转换输出实部阻抗至原功率管输出实部阻抗的3～4倍，实现部分阻抗匹配功能；输入端用2节微带线使微带T型节Tee1结合点匹配至50Ω；输出端用5节微带线使微带T型节Tee2结合点匹配到50Ω。优点在于，相对传统电路拓扑结构，生产成本降低40％；电路的放大器比传统电路放大器工作效率高20.2％，能效转化率大幅度提高。

技术领域

本发明属于半导体射频电路技术领域，特别涉及一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法。尤其涉及一种(0.5～3)GHz连续波100W GaN功率放大器。

背景技术

在很多宽带通信、雷达或测试系统中，发射机需要能对非常宽频的信号进行放大。例如，能同时工作于(470～860)MHz的UHF TV发射，(825～915)MHz 2G通信，(1920～2025)MHz 3G通信，(1880～2655)MHz 4G通信和(2515～2675)MHz 5G通信以及宽带电子战等应用中的发射机。作为发射机中重要部分的功率放大器，如何使得其体积更小、成本更低和效率更高的设计技术研究有着非常重要的意义。

宽带功率放大器中的核心部件功率管本身的寄生参数限制了工作带宽，低阻抗和热限制导致了低工作效率。宽禁带氮化镓(GaN)半导体功率器件具有宽带隙、高电子漂移速度、耐高电压、耐高温、抗辐照等得等特性，GaN的电子饱和漂移速度为2.5×10⁷cm/s，是Si的2倍，结电容较小，因而比Si LDMOS和GaAs更适合于高频宽带大功率应用。同时为了获得足够大的功率，以保证通信距离或干扰效果，传统设计需要多个功率管利用功率合成器进行功率合成，这种传统设计使得电路尺寸大，生产成本高且工作效率低。

内容说明

本发明的目的主要提供一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法，解决了功率合成需通过功率合成器利用多个功率管，导致电路尺寸大的问题。

一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法，具体步骤及参数如下：

1、用微带T型节Tee1和一节微带线TL1/TL2在功率管的输入端提升输入实部阻抗至原功率管输入实部阻抗的4～5倍，共轭抵消虚部阻抗，实现部分阻抗匹配功能，代替部分匹配电路。同时微带T型节Tee1、微带线TL1和微带线TL2把输入功率同相均分至两个功率管的输入端，实现功率分配功能，取代传统利用功率分配器进行功率分配。

2、用微带T型节Tee2和一节微带线TL5/TL6在功率管的输出端转换输出实部阻抗至原功率管输出实部阻抗的3～4倍，共轭抵消虚部阻抗，实现部分阻抗匹配功能，代替部分匹配电路。同时微带T型节Tee2、微带线TL5和微带线TL6把两个功率管的输出功率同相合成，匹配输出，取代传统利用功率合成器进行功率合成。

3、输入端在微带T型节Tee1前用2节微带线MLIN TL3和TL4使微带T型节Tee1结合点匹配至50Ω。输出端用5节微带线MLIN TL7、TL8、TL9、TL10和TL11使微带T型节Tee2结合点匹配到50Ω。

本发明的优点在于，相对传统电路拓扑结构，因为没有使用宽带功分器HYB1和合成器HYB2，电路尺寸由(158×54)mm缩小为(121×43)mm，生产成本降低40％。实测结果在(0.5～3)GHz输出功率为100W时，应用新型电路的放大器比传统电路放大器工作效率高20.2％，能效转化率大幅度提高。

附图说明

图1为本发明合成匹配电路原理图。

图2为传统合成匹配电路原理图。