[发明专利]一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路

说明书

本发明公开了一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，融合了电抗匹配式电路匹配结构和分布式电路匹配结构的各自优势；在超宽带功放电路的射频功率输出级采用了电抗匹配式结构，易于精确的输出阻抗匹配以提高效率；功率驱动级采用分布式的结构，易于拓展电路带宽和提高增益平坦度。本发明融合二者电路结构的各自优势，可极大的提高了毫米波超宽带大功率单片集成功率放大器的性能。

技术领域

本发明涉及单片微波集成电路，特别是一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，现代雷达、通信、和仪器仪表测试系统中，都需要实现大容量、高速率数据传输和高可靠性，这就需要超宽带功率放大器作为支撑。

传统的超宽带功率放大器芯片实现方式有电抗匹配和分布式放大器两种拓扑结构。电抗匹配式宽带结构具有良好的阻抗匹配、较大的输出功率和效率等优势，但是其输入端驻波比性能较差，影响电路的整体增益性能，且带宽受明显制约，通常只有3个倍频程左右。而分布式结构其频带宽度能达到几十倍频程，同时输入驻波比和输出驻波比小，结构简单易实现，但其输出功率受到明显的限制，较难实现大功率高效率的功率放大器芯片。

为了实现大功率、高效率的超宽带功率放大器，特别是针对毫米波频段，晶体管增益较低，单纯的使用分布式或者电抗匹配拓扑结构已经发挥不了器件的极致性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，包括电抗匹配式与分布式结构之间的融合设计以及电路匹配结构，结合两种结构的各自优势，发挥器件的最佳性能，提高毫米波频段超宽带功率放大器的整体性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路，包括功率驱动单元、功率输出单元和级间匹配单元；

所述功率驱动单元采用N个晶体管级联的分布式结构，功率输出单元采用N个晶体管所并联的电抗匹配式结构；

所述级间匹配单元包括分布式结构输出端匹配电路和电抗匹配式结构输入端匹配电路；在分布式结构输出端匹配电路中，直流压点为分布式漏极提供电压，并与第一MIM电容并联，再串联第二微带线，构成分布式结构输出端匹配电路的漏极加电偏置电路；第一微带线、第三微带线与第二MIM电容串联构成分布式结构的输出匹配网络；电抗匹配式结构输入端匹配电路包括第四微带线与串联的第三MIM电容，整个级间匹配单元电路匹配结构构成了分布式与电抗匹配式结构相融合的无源匹配拓扑结构。

进一步的，分布式电路经过输出匹配网络使得分布式射频输出端阻抗Zout1匹配到某一特定阻抗点，电抗匹配式电路的射频输入端阻抗Zin1也匹配到相应特定阻抗点，通过某一特定的中间阻抗，使得分布式的输出端阻抗Zout1与电抗匹配式的输入端阻抗Zin1相匹配。

进一步的，中间阻抗为50欧姆。

进一步的，所述超宽带功率芯片电路采用GaAs或GaN材料作为基片。

与传统的采用一种超宽带电路拓扑相比，本发明公开的电抗匹配与分布式结构相融合的电路拓扑具有以下优点：(1)功率输出级采用电抗匹配式结构，可以获得更大的输出功率，突破了分布式结构的功率输出极限，极大的提升了超宽带功率放大器的功率输出特性；(2)同时功率输出级可以进行精确的阻抗匹配，提高超宽带芯片的效率特性；(3)功率驱动级采用分布式结构，可以克服电抗匹配输入端驻波较差等问题，提高电路的整体增益；同时可以极大的拓展驱动级的带宽，保障功率输出级晶体管的所需要的功率和带宽要求，从而提升超宽带功率放大器的整体性能。

附图说明

图1为电抗匹配式与分布式相融合的电路拓扑结构示意图。

图2为电抗匹配式与分布式相融合的级间匹配电路示意图。