專(zhuān)利名稱(chēng)：一種毫米波單片集成功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種毫米波單片集成功率放大器(PA)，可 應(yīng)用于雷達(dá)、通信等系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在毫米波雷達(dá)、通信等系統(tǒng)領(lǐng)域，毫米波接收機(jī)為了檢測(cè)小信號(hào)，一般都是在前級(jí) 用功率放大器接收信號(hào)來(lái)克服后級(jí)的噪聲問(wèn)題。功率放大器位于發(fā)送機(jī)，是直接與天線信 號(hào)相連接的，因此它的噪聲特性將大大影響整個(gè)系統(tǒng)的噪聲特性。同時(shí)，天線接收下來(lái)的信 號(hào)強(qiáng)度一般都較弱，放大器在滿(mǎn)足功率的輸出要求的同時(shí)也要求一定的噪聲系數(shù)要求。目前普遍應(yīng)用的功率放大器多為混合電路和模塊電路，主要實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)單個(gè) 晶體管和外圍匹配電路組成，這類(lèi)低功率放大器主要缺點(diǎn)有體積大、輸出功率小、增益小、 一致性不好等。如圖2所示，是一種改進(jìn)的集成功率放大器，其將兩路由單個(gè)晶體管和外圍電路 組成的的電路通過(guò)兩個(gè)朗格耦合器進(jìn)行耦合，這種放大器在輸出功率、增益、一致性方面得 到了改進(jìn)，但是還是存在體積大、輸出功率和增益達(dá)不到現(xiàn)代雷達(dá)和通信系統(tǒng)要求的缺點(diǎn)。隨著微波毫米波通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)通信設(shè)備的要求也越來(lái)越高。微波 單片集成電路(MMIC)是用半導(dǎo)體工藝把有源器件、無(wú)源器件和微波傳輸線、互聯(lián)線等全部 制作在一片半導(dǎo)體基片上而構(gòu)成的集成電路。由于微波單片集成電路(MMIC)的體積小、重 量輕、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，使得其在微波通信領(lǐng)域逐漸取代了波導(dǎo)系統(tǒng)和混合集成 電路。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種基于pHEMT場(chǎng)效應(yīng) 管工藝技術(shù)的，集合功分技術(shù)，采用兩個(gè)朗格耦合器構(gòu)成的平衡結(jié)構(gòu)，在保證了一致性好和 體積小的同時(shí)，大大提高功率放大器輸出功率的目的。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種毫米波單片集成功率放大器，包括輸入朗格耦合器、輸出朗格耦合器、連接于 輸入朗格耦合器的直通輸出端和輸出朗格耦合器的直通輸入端的第一放大支路、連接于輸 入朗格耦合器的耦合輸出端和輸出朗格耦合器的耦合輸入端的第二放大支路；整個(gè)放大器 電路集成于單片半導(dǎo)體基片上；所述第一放大支路和第二放大支路均為相同的兩級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)；所述第一級(jí)放 大電路對(duì)輸入朗格耦合器輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)放大處理；輸入的射頻信號(hào)通過(guò)第一 級(jí)耦合電容和T型微帶功分電路后分為兩路信號(hào)一路經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl的柵極匹配 及偏置電路輸入到PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl的柵極，另一路經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET2的柵極匹 配及偏置電路輸入到PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET2的柵極；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的源極接 地；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管 Τ1和FET2的漏極分別通過(guò)各自的漏極匹配及偏置電路輸出第一級(jí)放大信號(hào)。第一級(jí)放大電路中所述PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的柵極匹配及偏置電路均 為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路柵極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接 T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平右端接PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，T型微帶 傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的漏 極均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電 阻接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，T型 微帶傳輸線的水平右端輸出第一級(jí)放大信號(hào)。所述第二級(jí)放大電路對(duì)第一級(jí)放大信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大處理及功率合成輸出；兩 路第一級(jí)放大信號(hào)分別通過(guò)兩個(gè)第二級(jí)耦合電容和T型微帶功分電路后分成四路信號(hào)；第 一路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FE3的 柵極，第二路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET4的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管 FET44的柵極，第三路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET5的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng) 效應(yīng)管FET5的柵極，第四路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET6的柵極匹配及偏置電路輸入到 pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET6的柵極；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的源極接地；pHEMT 場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的漏極輸出四路第二級(jí)放大信號(hào)；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3 和FET4的漏極輸出的兩路第二級(jí)放大信號(hào)經(jīng)一個(gè)一級(jí)功率合成電路合二為一，pHEMT場(chǎng)效 應(yīng)管FET5和FET6的漏極輸出的兩路第二級(jí)放大信號(hào)經(jīng)另一個(gè)一級(jí)功率合成電路合二為 一；兩個(gè)一級(jí)功率合成電路的輸出電路輸出的兩路信號(hào)經(jīng)一個(gè)二級(jí)功率合成電路合二為一 后經(jīng)輸出朗格耦合器輸出。第二級(jí)放大電路所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的柵極匹配及偏 置電路均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路柵極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏 置電阻接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，T 型微帶傳輸線的水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、 FET5和FET6的漏極均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微 帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場(chǎng) 效應(yīng)管的漏極，T型微帶傳輸線的水平右端輸出第二級(jí)放大信號(hào)。在本實(shí)用新型中，在pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的器件選擇或工藝設(shè)計(jì)上，選用柵長(zhǎng)更短、載 流子遷移率高的器件，并合理選擇器件的柵寬和叉指數(shù)、直流偏置點(diǎn)。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是1、采用兩級(jí)放大電路，采用功分合成技術(shù)使得第二級(jí)電路共包括8個(gè)功率放大單 元，最后將8個(gè)功率放大單元的功率信號(hào)耦合輸出，大大增加了功率放大器的輸出功率和 帶寬。2、采用兩個(gè)朗格耦合器構(gòu)成的平衡結(jié)構(gòu)，提高了放大器的穩(wěn)定性、改善駐波比性 能和提高了輸出功率；3、合理選擇半導(dǎo)體工藝及管芯工作點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)高輸出功率的同時(shí)兼顧了高效率。
圖1是本實(shí)用新型毫米波單片集成功率放大器的原理圖。[0019]圖2是現(xiàn)有技術(shù)功率放大器的原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖1所示，是本實(shí)用新型毫米波單片集成功率放大器的原理圖。一種毫米波單 片集成功率放大器，包括輸入朗格耦合器、輸出朗格耦合器、連接于輸入朗格耦合器的直通 輸出端和輸出朗格耦合器的直通輸入端的第一放大支路、連接于輸入朗格耦合器的耦合輸 出端和輸出朗格耦合器的耦合輸入端的第二放大支路；整個(gè)放大器電路集成于單片半導(dǎo)體 基片上。所述第一放大支路和第二放大支路均為相同的兩級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)；所述第一級(jí)放 大電路對(duì)輸入朗格耦合器輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)放大處理；輸入的射頻信號(hào)通過(guò)第一 級(jí)耦合電容和T型微帶功分電路后分為兩路信號(hào)一路經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl的柵極匹配 及偏置電路輸入到PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl的柵極，另一路經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET2的柵極匹 配及偏置電路輸入到PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET2的柵極；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的源極接 地；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的漏極分別通過(guò)各自的漏極匹配及偏置電路輸出第一級(jí) 放大信號(hào)。第一級(jí)放大電路中所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的柵極匹配及偏置電路均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路柵 極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶傳輸線的 垂直端，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的水平左端 接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的漏極均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電 路漏極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶傳輸 線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，T型微帶傳輸線的水平 右端輸出第一級(jí)放大信號(hào)。所述第二級(jí)放大電路對(duì)第一級(jí)放大信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大處理及功率合成輸出；兩 路第一級(jí)放大信號(hào)分別通過(guò)兩個(gè)第二級(jí)耦合電容和T型微帶功分電路后分成四路信號(hào)；第 一路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FE3的 柵極，第二路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET4的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管 FET44的柵極，第三路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET5的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng) 效應(yīng)管FET5的柵極，第四路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET6的柵極匹配及偏置電路輸入到 pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET6的柵極；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的源極接地；pHEMT 場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的漏極輸出四路第二級(jí)放大信號(hào)；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3 和FET4的漏極輸出的兩路第二級(jí)放大信號(hào)經(jīng)一個(gè)一級(jí)功率合成電路合二為一，pHEMT場(chǎng)效 應(yīng)管FET5和FET6的漏極輸出的兩路第二級(jí)放大信號(hào)經(jīng)另一個(gè)一級(jí)功率合成電路合二為 一；兩個(gè)一級(jí)功率合成電路的輸出電路輸出的兩路信號(hào)經(jīng)一個(gè)二級(jí)功率合成電路合二為一 后經(jīng)輸出朗格耦合器輸出。[0027]第二級(jí)放大電路所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FEI~4、FET5和FET6的柵極匹配及偏置電路均為T(mén)型結(jié) 構(gòu)電路柵極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶 傳輸線的垂直端，τ型微帶傳輸線的水平右端接PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的 水平左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的 漏極均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置 電阻接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，T 型微帶傳輸線的水平右端輸出第二級(jí)放大信號(hào)。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種毫米波單片集成功率放大器，包括輸入朗格耦合器、輸出朗格耦合器、連接于輸 入朗格耦合器的直通輸出端和輸出朗格耦合器的直通輸入端的第一放大支路、連接于輸入 朗格耦合器的耦合輸出端和輸出朗格耦合器的耦合輸入端的第二放大支路；整個(gè)放大器電 路集成于單片半導(dǎo)體基片上；其特征在于，所述第一放大支路和第二放大支路均為相同的兩級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)；所述第一級(jí)放大電 路對(duì)輸入朗格耦合器輸入的射頻信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)放大處理；輸入的射頻信號(hào)通過(guò)第一級(jí)耦 合電容和T型微帶功分電路后分為兩路信號(hào)一路經(jīng)PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl的柵極匹配及偏 置電路輸入到PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl的柵極，另一路經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET2的柵極匹配及 偏置電路輸入到PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET2的柵極；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的源極接地； PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的漏極分別通過(guò)各自的漏極匹配及偏置電路輸出第一級(jí)放大 信號(hào)；第一級(jí)放大電路中所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的柵極匹配及偏置電路均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路柵極偏 置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶傳輸線的垂直 端，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的水平左端接T 型微帶功分電路的輸出端；所述PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FETl和FET2的漏極均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路漏 極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶傳輸線的 垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，T型微帶傳輸線的水平右端 輸出第一級(jí)放大信號(hào)；所述第二級(jí)放大電路對(duì)第一級(jí)放大信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大處理及功率合成輸出；兩路第 一級(jí)放大信號(hào)分別通過(guò)兩個(gè)第二級(jí)耦合電容和T型微帶功分電路后分成四路信號(hào)；第一路 信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FE3的柵極，第 二路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET4的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET44的柵 極，第三路信號(hào)經(jīng)pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET5的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET5 的柵極，第四路信號(hào)經(jīng)PHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET6的柵極匹配及偏置電路輸入到pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管 FET6的柵極；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的源極接地；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、 FET4、FET5和FET6的漏極輸出四路第二級(jí)放大信號(hào)；pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3和FET4的漏極輸 出的兩路第二級(jí)放大信號(hào)經(jīng)一個(gè)一級(jí)功率合成電路合二為一，pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET5和FET6 的漏極輸出的兩路第二級(jí)放大信號(hào)經(jīng)另一個(gè)一級(jí)功率合成電路合二為一；兩個(gè)一級(jí)功率合 成電路的輸出電路輸出的兩路信號(hào)經(jīng)一個(gè)二級(jí)功率合成電路合二為一后經(jīng)輸出朗格耦合 器輸出；第二級(jí)放大電路所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FEI~4、FET5和FET6的柵極匹配及偏置電路均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電 路柵極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻接T型微帶傳輸 線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平右端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，T型微帶傳輸線的水平 左端接T型微帶功分電路的輸出端；所述pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管FET3、FET4、FET5和FET6的漏極 均為T(mén)型結(jié)構(gòu)電路漏極偏置電壓通過(guò)其旁路電容接地的同時(shí)通過(guò)微帶傳輸線和偏置電阻 接T型微帶傳輸線的垂直端，T型微帶傳輸線的水平左端接pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，T型微 帶傳輸線的水平右端輸出第二級(jí)放大信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種毫米波單片集成功率放大器，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，用于解決現(xiàn)有技術(shù)放大器的體積大、輸出功率和增益達(dá)不到現(xiàn)代雷達(dá)和通信系統(tǒng)要求的問(wèn)題。一種毫米波單片集成功率放大器，在兩個(gè)朗格耦合器之間連接有兩條完全相同的放大支路，放大支路的射頻輸入經(jīng)過(guò)兩級(jí)功分電路及兩級(jí)的pHEMT場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)兩級(jí)功率放大后，再通過(guò)兩級(jí)功率合成電路后輸出。本實(shí)用新型采用單片集成技術(shù)，減小了放大器的體積；兩級(jí)放大電路共包括8個(gè)功率放大單元，最后將8個(gè)功率放大單元的功率信號(hào)耦合輸出，大大增加了功率放大器的輸出功率；采用兩個(gè)朗格耦合器構(gòu)成的平衡結(jié)構(gòu)，提高了功率放大器的穩(wěn)定性、改善駐波比性能和提高了輸出功率。
文檔編號(hào)H03F3/20GK201846313SQ20102060843
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者管玉靜, 陳亞平 申請(qǐng)人:成都雷電微力科技有限公司