毫米波氮化镓功放输出匹配网络及其设计方法和芯片电路

本发明涉及通信，尤其涉及的是一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络及其设计方法和芯片电路。

背景技术：

1、电抗式放大器能够提供相对平均的热分布和较高的效率，其主要使用多阶梯形网络或者低通滤波网络来实现输出网络匹配。氮化镓（gan）技术具备高击穿电压、高功率密度、高效率、优良的热性能与空间环境适应性好等优势，适用于大规模有源天线系统等应用场合。应用氮化镓器件设计电抗式放大器时，由于氮化镓工艺的高击穿电压，氮化镓晶体管通常可以偏置在较高的漏极电压下，从而可以增加器件的功率密度。

2、然而，在高电压工作环境下，氮化镓晶体管要求更高阻值的最优阻抗，以提升输出匹配网络需要提供的阻抗变换比。同时，在毫米波段下，氮化镓晶体管也呈现出极大的寄生电抗，这增加了输出匹配网络需要补偿的电抗值，也增加了输出匹配网络进行谐波调控的难度。为满足上述环境要求，应用现有的梯形网络或者低通滤波技术时通常需要增加网络的阶数，这样会增加毫米波功放芯片的结构复杂度与无源损耗，降低带宽与能效比。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络及其设计方法和芯片电路，以解决应用氮化镓器件设计电抗式放大器会增加毫米波功放芯片的结构复杂度与无源损耗、降低带宽与能效比的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络，用于与氮化镓晶体管连接，其包括：l型网络与t型网络；

4、所述l型网络分别与所述氮化镓晶体管的漏极以及所述t型网络连接，用于提供阻抗变换，对氮化镓晶体管的寄生电容进行补偿；

5、所述t型网络与所述l型网络连接，用于对氮化镓晶体管的漏极二次谐波阻抗进行调整。

6、本发明的进一步设置，所述l型网络包括：第一电感与第二电感；其中，

7、所述第一电感的一端与所述氮化镓晶体管的漏极连接，所述第一电感的另一端分别与所述第二电感的一端以及所述t型网络连接；

8、所述第二电感的另一端接入第一电源电路。

9、本发明的进一步设置，所述t型网络包括：第三电感、第四电感与开路线；

10、所述第三电感的一端分别与所述第一电感的另一端以及所述第二电感的一端连接，所述第三电感的另一端分别与所述开路线以及所述第四电感的一端连接；

11、所述第四电感的另一端用于与功放芯片的射频输出端连接。

12、本发明的进一步设置，所述开路线为45度开路线。

13、基于同样的发明构思，本发明还提供了一种芯片电路，其包括：输入匹配网络、氮化镓晶体管以及如上述所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络；其中，

14、所述输入匹配网络接入第二电源电路，并分别与功放芯片的射频输入端以及所述氮化镓晶体管的栅极连接；

15、所述氮化镓晶体管的漏极与所述毫米波氮化镓功放输出匹配网络连接，所述氮化镓晶体管的源极接地。

16、本发明的进一步设置，芯片电路还包括：第一电容；其中，

17、所述第一电容的一端接入所述第一电源电路并与所述l型网络连接，所述第一电容的另一端接地。

18、本发明的进一步设置，芯片电路还包括：第二电容；

19、所述第二电容的一端与所述t型网络连接，所述第二电容的另一端与功放芯片的射频输出端连接。

20、基于同样的发明构思，本发明还提供了一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络设计方法，所述毫米波氮化镓功放输出匹配网络包括l型网络与t型网络，所述l型网络包括第一电感与第二电感，所述t型网络包括：第三电感、第四电感与开路线，方法包括：

21、采用第五电感与氮化镓晶体管的输出电容构成lc谐振电路以对氮化镓晶体管的输出电容进行补偿；

22、在变压器的初级线圈与次级线圈串联相互抵消的第六电感与第七电感；

23、将第五电感、第六电感与变压器进行诺顿变换以得到第一电感与第二电感；

24、采用t型网络等效第七电感。

25、本发明的进一步设置，所述t型网络在基频提供与所述第七电感相同的阻抗，并通过调节所述第三电感、所述第四电感与所述开路线的参数对氮化镓晶体管的漏极二次谐波阻抗进行调整。

26、本发明的进一步设置，所述第六电感的电抗值为正电抗值，所述第七电感的电抗值为负电抗值。

27、基于同样的发明构思，本发明还提供了一种功放芯片，其包括上述所述的芯片电路。

28、本发明所提供的一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络及其设计方法和芯片电路，芯片电路包括：输入匹配网络、氮化镓晶体管以及毫米波氮化镓功放输出匹配网络。其中，所述输入匹配网络分别与功放芯片的射频输入端以及所述氮化镓晶体管的栅极连接；所述氮化镓晶体管的漏极与所述毫米波氮化镓功放输出匹配网络连接。毫米波氮化镓功放输出匹配网络包括l型网络与t型网络；所述l型网络分别与所述氮化镓晶体管的漏极以及所述t型网络连接，用于提供阻抗变换，对氮化镓晶体管的寄生电容进行补偿；所述t型网络与所述l型网络连接，用于对氮化镓晶体管的漏极二次谐波阻抗进行调整。相对于现有的基于阶梯形网络或者低通滤波网络的氮化镓功放芯片，本发明采用l型网络与t型网络构成的输出匹配网络，不仅结构简单，能提供大阻抗变换，同时实现了寄生电抗补偿以及低损耗的谐波控制，从而能够提高功放芯片的带宽与能效比。

技术特征：

1.一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络，用于与氮化镓晶体管连接，其特征在于，包括：l型网络与t型网络；

2.根据权利要求1所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络，其特征在于，所述l型网络包括：第一电感与第二电感；其中，

3.根据权利要求2所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络，其特征在于，所述t型网络包括：第三电感、第四电感与开路线；

4.根据权利要求3所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络，其特征在于，所述开路线为45度开路线。

5.一种芯片电路，其特征在于，包括：输入匹配网络、氮化镓晶体管以及如权利要求1-4任一项所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络；其中，

6.根据权利要求5所述的芯片电路，其特征在于，还包括：第一电容；

7.根据权利要求5所述的芯片电路，其特征在于，还包括：第二电容；其中，所述第二电容的一端与所述t型网络连接，所述第二电容的另一端与功放芯片的射频输出端连接。

8.一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络设计方法，所述毫米波氮化镓功放输出匹配网络包括l型网络与t型网络，所述l型网络包括第一电感与第二电感，所述t型网络包括：第三电感、第四电感与开路线，其特征在于，方法包括：

9.根据权利要求8所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络设计方法，其特征在于，所述t型网络在基频提供与所述第七电感相同的阻抗，并通过调节所述第三电感、所述第四电感与所述开路线的参数对氮化镓晶体管的漏极二次谐波阻抗进行调整。

10.根据权利要求8所述的毫米波氮化镓功放输出匹配网络设计方法，其特征在于，所述第六电感的电抗值为正电抗值，所述第七电感的电抗值为负电抗值。

技术总结
本发明公开了一种毫米波氮化镓功放输出匹配网络及其设计方法和芯片电路，电路包括：输入匹配网络、氮化镓晶体管及毫米波氮化镓功放输出匹配网络。输入匹配网络分别与功放芯片的射频输入端及氮化镓晶体管的栅极连接；氮化镓晶体管的漏极与毫米波氮化镓功放输出匹配网络连接。输出匹配网络包括L型网络与T型网络；L型网络分别与氮化镓晶体管的漏极以及T型网络连接，用于提供阻抗变换，对氮化镓晶体管的寄生电容进行补偿；T型网络与L型网络连接，用于对氮化镓晶体管的漏极二次谐波阻抗进行调整。本发明提供的输出匹配网络不仅结构简单，能提供大阻抗变换，同时实现了寄生电抗补偿以及低损耗的谐波控制，从而能够提高功放芯片的带宽与能效比。

技术研发人员：方小虎,石杰
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13