一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法与流程

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100wgan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uhftv发射，(825～915)mhz2g通信，(1920～2025)mhz3g通信，(1880～2655)mhz4g通信和(2515～2675)mhz5g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sildmos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mlintl3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mlintl7、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。

图3为本发明合成匹配电路图。图中已标注2个微带t型节mtee(tee1、tee2)和一节微带线mlin(tl1、tl2、tl5、tl6)，a1和a2为2个性能相同的gan功率管。

图4为传统合成匹配电路图。

具体实施方式

一种超宽带高功率射频放大器合成匹配方法，在功率管的输入和输出引脚端各利用一节微带线mlin，把功率管输入阻抗实部从1ω匹配到5ω，阻抗变比1:5，虚部尽量共轭抵消，实现低电抗值。输出阻抗实部从3匹配到9ω，阻抗变比1:3，虚部同样尽量共轭抵消，达到低电抗值。然后各通过一个微带t型节mtee把两路同相等阻抗合成，后续输入用2节微带线mlin，输出用5节微带线mlin最终使功率管的输入和输出匹配到50ω，如图1所示。

新型合成匹配同时用2个微带t型节mtee替代传统方案中的功分器hyb1和合成器hyb2完成功率分配和合成功能，且微带t型节mtee只是把输入输出两个相同阻抗同相合成，不用考虑宽带90°相位，所以实现形式更简单。对微带t型节mtee和微带线mlin的阻抗和相位进一步优化，使得功率管的输入和输出阻抗在整个工作频段内得到最佳匹配，最终应用新型合成匹配设计的(0.5～3)ghz连续波100wgan功率放大器在0.508mm厚ro4350型pcb介质板上实现的电路形式如图3。

技术特征：

1.一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；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；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mlintl3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mlintl7、tl8、tl9、tl10和tl11使微带t型节tee2结合点匹配到50ω。

技术总结
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。

技术研发人员：张志国;李俊敏;王明娟
受保护的技术使用者：北京国联万众半导体科技有限公司
技术研发日：2019.09.06
技术公布日：2019.12.06