[发明专利]4.0-5.0GHz 8W GaN单片功率放大器及设计方法

摘要

本发明公开了一种4.0‑5.0GHz 8W GaN单片功率放大器及设计方法，放大器包括输入匹配网络、级间匹配网络、输出匹配网络及pHEMT集体管。输入匹配网络的通过一支pHEMT晶体管与级间匹配网络相连，级间匹配网络的通过四支pHEMT晶体管与输出匹配网络相连，栅极偏置电源分别与输入匹配网络和级间匹配网络相连，级间匹配栅偏置电源分别与级间匹配网络和输出匹配网络相连，简化了模块电路的设计难度，相比传统混合集成电路尺寸明显减小，确定了管芯的最佳负载阻抗和最佳源阻抗，并且设计了输入、输出和级间匹配网络的电路原理图，优化了稳定系数、输入输出驻波系统、增益、功率、效率、谐波抑制等指标，设计了单片微波功率放大器的版图。

主权项

1.一种4.0‑5.0 GHz 8W GaN单片功率放大器，其特征在于，包括输入匹配网络、级间匹配网络网络、输出匹配网络、栅极偏置电源、漏极偏置电源、pHEMT晶体管S1、S2、S3、S4、S5；所述的输入匹配网络的端口1与信号源连接，输入匹配网络的端口2通过电感L1分别与栅极偏置电源的正极和级间匹配网络的端口7相连，栅极偏置电源的负极接地，输入匹配网络的端口3与pHEMT晶体管S1的栅极相连，pHEMT晶体管S1的源极接地，pHEMT晶体管S1的漏极与级间匹配网络的端口1相连，级间匹配网络的端口6分别与漏极偏置电源的正极和输出匹配网络的端口7相连，级间匹配网络的端口7与栅极偏置电源的正极相连，级间匹配网络的端口8通过级间匹配网络的端口7与栅极偏置电源的正极相连，级间匹配网络的端口2与pHEMT晶体管S2的栅极相连，级间匹配网络的端口3与pHEMT晶体管S3的栅极相连，级间匹配网络的端口4与pHEMT晶体管S4的栅极相连,级间匹配网络的端口5与pHEMT晶体管S5的栅极相连，输出管芯S2、S3、S4，S5的源极均接地，pHEMT晶体管S2的漏极与输出匹配网络的端口2相连，pHEMT晶体管S3的漏极与输出匹配网络的端口3相连，pHEMT晶体管S4的漏极与输出匹配网络的端口4相连，pHEMT晶体管S5的漏极与输出匹配网络的端口5相连，输出匹配网络的端口1与负载相连，输出匹配网络的端口7的一端与端口6相连，另一端分别与间匹配网络的端口6和漏极偏置电源的正极相连，漏极偏置电源的负极接地；所述的输入匹配网络包括与输入匹配网络的端口3连接的接地电容C1，电容C1的另一端与焊盘PAD1的一端相连，焊盘PAD1的另一端分别与电容C2的一端和微带线TL1的一端相连，电容C2的另一端与背孔BVIA1的一端的相连，背孔BVIA1的另一端接地，微带线TL1的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与十字形节点Cros1的1端相连；输入匹配网络的端口1与电容C3的一端相连，电容C3的另一端与微带线TL3的一端相连，微带线TL3的另一端分别与微带线TL2的一端和电容C4的一端相连，电容C4的另一端与背孔BVIA2的一端相连，背孔BVIA2的另一端接地，微带线TL2的另一端与电感L2的一端相连，电感L2的另一端与十字形节点Cros1的4端相连，十字形节点Cros1的2端与微带线TL4的一端相连，微带线TL4的另一端与电感L3的一端相连，电感L3的另一端分别与电阻R2的一端和电容C5的一端相连，电阻R2的另一端和电容C5的另一端相连并都与输入匹配网络的端口2相连；所述的级间匹配网络包括与级间匹配网络的端口1相连的信号源和微带线TL5，信号源的另一端接地，微带线TL5的另一端与电感L4的一段相连，电感L4的另一端与十字形节点Cros2的4端相连，级间匹配网络的端口6分别与接地电容C6和焊盘PAD2的一端连接，焊盘PAD2的另一端分别与电容C7的一端和微带线TL6的一端连接，电容C7的另一端与背孔BVIA3的一端连接，背孔BVIA3的另一端接地，微带线TL6的另一端与电感L5的一端相连，电感L5的另一端与十字形节点Cros2的1端相连，十字形节点Cros2的2端与十字形节点Cros3的4端通过电容C8相连，十字形节点Cros3的2端与电容C9的一端相连，电容C9的另一端与背孔BVIA4的一端相连，背孔BVIA4的另一端接地，十字形节点Cros3的1端与微带线TL7的一端相连，微带线TL7的一端通过弧形节点Cruve1与微带线TL8的一端相连，微带线TL8的另一端与十字形节点Cros4的4端相连，级间匹配网络的端口7分别与接地电容C10和焊盘PAD3的一端连接，焊盘PAD3的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端通过微带线TL9与十字形节点Cros4的1端相连，十字形节点Cros4的2端通过微带线TL10与电感L6的一端相连，电感L6的另一端与十字形节点Cros5的4端相连，十字形节点Cros5的2端通过电容C11与背孔BVIA5的一端相连背孔BVIA5的另一端接地,十字形节点Cros5的1端通过微带线TL11与弧形节点Cruve3的一端相连，弧形节点Cruve3的另一端通过微带线TL12与微带线TL13的一端相连，微带线TL13的另一端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与级间匹配网络的端口2相连，电容C12与电阻R5并联，十字形节点Cros5的3端通过微带线TL16与弧形节点Cruve4的一端相连，弧形节点Cruve4的另一端通过微带线TL17与微带线TL18的一端相连，微带线TL18的另一端与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与级间匹配网络的端口3相连，电容C13与电阻R6并联，级间匹配网络的端口3通过微带线TL15与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端通过微带线TL14与级间匹配网络的端口2相连,十字形节点Cros3的3端通过微带线TL21与弧形节点Cruve2的一端相连，弧形节点Cruve2的另一端通过微带线TL22与十字形节点Cros6的4端相连，级间匹配网络的端口8分别与接地电容C14和焊盘PAD4的一端连接，焊盘PAD4的另一端与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端通过微带线TL23与十字形节点Cros6的3端相连，十字形节点Cros6的2端通过微带线TL24与电感L7的一端相连，电感L7的另一端与十字形节点Cros7的4端相连，十字形节点Cros7的2端通过电容C15与背孔BVIA7的一端相连，背孔BVIA7的另一端接地，十字形节点Cros7的1端通过微带线TL25和弧形节点Cruve5的一端相连，弧形节点Cruve5的另一端通过微带线TL26与微带线TL27的一端相连，微带线TL27的另一端与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与级间匹配网络的端口4相连，电容C16与电阻R7并联，级间匹配网络的端口4通过微带线TL20与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端通过微带线TL19与级间匹配网络的端口3相连,十字形节点Cros7的3端通过微带线TL30和弧形节点Cruve6的一端相连，弧形节点Cruve6的另一端通过微带线TL31与微带线TL32的一端相连，微带线TL32的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与级间匹配网络的端口5相连，电容C13与电阻R8并联，级间匹配网络的端口5通过微带线TL29与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端通过微带线TL28与级间匹配网络的端口4相连；所述的输出匹配网络包括与输出匹配网络的端口2相连的锥形传输线Taper1，锥形传输线Taper1的另一端与微带线TL33的一端相连，微带线TL33的另一端与T形节点Tee1的1端相连，T形节点Tee1的3端与微带线TL34的一端相连，微带线TL34的另一端与T形节点Tee2的2端相连，输出匹配网络的端口7分别与接地电容C19和焊盘PAD5的一端,焊盘PAD5的另一端分别与电容C18的一端和电感L8的一端相连，电容C18的另一端与背孔BVIA7的一端相连，背孔BVIA7的另一端接地，电感L8的另一端与T形节点Tee1的2端相连，输出匹配网络的端口3与锥形传输线Taper2的一端相连，锥形传输线Taper2的另一端与微带线TL36的一端相连，微带线TL36的另一端与T形节点Tee3的2端相连，T形节点Tee3的3端与微带线TL35的一端相连，微带线TL35的一端与T形节点Tee2的1端相连，T形节点Tee2的3端与微带线TL37的一端，微带线TL37的另一端与T形节点Tee4的1端相连，T形节点Tee4的3端与微带线TL38的一端相连，微带线TL38的另一端与电感L9的一端相连，电感L9的另一端与十字形节点Cros8的2端相连，背孔BVIA8的一端接地，另一端与电容C20的一端相连，电容C20的另一端与十字形节点Cros8的3端相连，输出匹配网络的端口1与焊盘PAD6的一端相连，焊盘PAD6的另一端与电容C21的一端相连，电容C21的另一端与十字形节点Cros8的1端相连，十字形节点Cros8的4端与电感L10的一端相连，电感L10的另一端与微带线TL39的一端相连，微带线TL39的另一端与T形节点Tee5的3端相连，T形节点Tee5的1端与微带线TL40的一端相连，微带线TL40的另一端与T形节点Tee6的3端相连，输出匹配网络的端口4与锥形传输线Taper3的一端相连，锥形传输线Taper3的另一端与微带线TL42的一端相连，TL42的另一端与T形节点Tee7的3端相连，T形节点Tee7的1端与微带线TL41的一端相连，微带线TL41的另一端与T形节点Tee6的1端相连，T形节点Tee6的2端与微带线TL43的一端相连，微带线TL43的另一端与T形节点Tee8的3端相连，输出匹配网络的端口5与锥形传输线Taper4的一端相连，锥形传输线Taper4的另一端与微带线TL44的一端相连,微带线TL44的另一端与T形节点Tee8的2端相连，输出匹配网络的端口6分别与接地电容C23的一端和焊盘PAD7的一端相连，焊盘PAD7的另一端分别与电容C22的一端和电感L11的一端相连，电容C22的另一端与背孔BVIA9的一端相连，背孔BVIA9的另一端接地，电感L11的另一端与T形节点Tee8的1端相连；所述的pHEMT晶体管S1为输入级管芯，pHEMT晶体管S2、S3、S4、S5为输出级管芯；所述的电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C7、电容C8、电容C9、电容C11、电容C12、电容C13、电容C15、电容C16、电容C17、电容C18、电容C20、电容C21、电容C22均为MIM电容；电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8均为薄膜电阻，所述的电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8均为方形线圈平面电感，所述的电感L9、L10均为圆形线圈平面电感。