專利名稱：微波功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波功率放大器，特別是涉及一種使用負(fù)反饋電路、RC并聯(lián)電路、和分流電阻的微波功率放大器。
背景技術(shù)：
在設(shè)計(jì)毫米波段的功率放大器的時(shí)候，由于元件的特性而獲得低頻波段的高值增益。并且，由于建模的限制，在低頻波段總可能產(chǎn)生振蕩。
在現(xiàn)有技術(shù)中，反饋電路被用于功率放大器以使放大器穩(wěn)定。例如，參看這里引入?yún)⒖嫉南率隹颕EEE Trans On MTT，第49卷中，在2001年6月，Joao Caldinhas Vaz等人發(fā)表了題為“Millimeter-Wave MonolithicPower Amplifier for Mobile Broad-Band System”的文章，該文公開了一種用于60GHz MBS(Mobile Broad-Band System)的MMIC(微波單片集成電路)功率放大器。在這個(gè)刊物中，通過使用0.15μm PMHFET(Peudomorphicheteroiuntion FET)，三級MMIC功率放大器被設(shè)計(jì)成兩種型式，例如單端型和平衡型，以負(fù)反饋方式把RC反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于第一和第二級晶體管，以便獲得毫米波晶體管的絕對穩(wěn)定性。
此外，這里作為參考引用的，2000年12月23日發(fā)表的韓國專利2000-81018，公開了一種使用反饋電路的無線電頻率的功率放大器和一種設(shè)計(jì)該放大器的方法，其中反饋電路插在功率放大器的每一級中，以便使不穩(wěn)定的放大元件被絕對穩(wěn)定。在無線電頻段利用反饋電路使不穩(wěn)定的放大器元件穩(wěn)定以后，由于輸出功率是按照整個(gè)功率放大器電路的輸入功率而變化的，所以它是通過尋找峰值輸出功率點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
下面，參考圖1和圖3解釋現(xiàn)有技術(shù)的反饋微波功率放大器。
圖1是解釋現(xiàn)有技術(shù)的反饋微波功率放大器的電路，它由柵偏壓電路101、103、105，漏偏壓電路102、104、106，負(fù)反饋電路107、109，HEMT(高電子活動(dòng)度晶體管)元件113、114、115、116，級間e匹配電路108、110，功率分配器111，和功率組合器112組成。
參見圖1，3級功率放大器在其第一級和第二級使用負(fù)反饋電路107、109，以滿足穩(wěn)定性條件，級間匹配電路108、110連接在各級之間以便獲得級間匹配。柵偏壓電路101、103、105和漏偏壓電路102、104、106分別被應(yīng)用于每一級，并且在最后一級，HEMT元件115、116通過功率分配器111和功率組合器112彼此并聯(lián)連接以便提高功率特性。
圖3是表示圖1的反饋微波功率放大器的輸入/輸出特性和增益的曲線圖。
參見圖3，當(dāng)功率放大器僅通過使用反饋電路來進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，在穩(wěn)定性方面絕對穩(wěn)定性條件被滿足。不過，當(dāng)僅僅一個(gè)負(fù)反饋電路被用于功率放大器的時(shí)候，由于低頻波段中的失配，潛在的振蕩任何時(shí)候都可能發(fā)生，如低頻波段中的增益特性301和輸入回程損耗特性(input return losscharacteristics)302中所示。換言之，按照上述現(xiàn)有技術(shù)使用反饋電路的功率放大器在低頻波段中仍存在潛在振蕩的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種單芯片的微波功率放大器，它通過使用負(fù)反饋電路、RC并聯(lián)電路、和分流電阻從在低頻波段到微波波段都是穩(wěn)定的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，該微波功率放大器包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大級，它包括功率元件，和所述功率元件的柵和漏偏壓電路，在輸入端和功率元件的各柵極之間連接的RC并聯(lián)電路，在接地端和功率元件的各柵極之間連接的分流電阻，與電阻和電容器串聯(lián)同時(shí)與所述功率元件并聯(lián)的負(fù)反饋電路；一個(gè)級間匹配電路，它與所述驅(qū)動(dòng)放大級串聯(lián)；一個(gè)功率放大級，包括與功率分配器和功率組合器并聯(lián)的功率元件，上述功率元件的柵和漏偏壓電路，在所述功率元件的各柵極和所述級間匹配電路之間連接的RC并聯(lián)電路，在地和功率元件的各柵極之間連接的分流電阻。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的反饋微波功率放大器的電路圖。
圖2是解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的微波功率放大器的結(jié)構(gòu)的電路。
圖3是表示圖1所示的反饋微波功率放大器的輸入/輸出特性和增益的曲線圖。
圖4是表示圖2所示的反饋微波功率放大器的輸入/輸出特性和增益的曲線圖。
圖5是圖2的設(shè)計(jì)布局。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施例。雖然本發(fā)明結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在發(fā)明的范圍內(nèi)作出修改和變化將是顯然的。
圖2是解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的微波功率放大器的結(jié)構(gòu)的電路。該電路包括第一驅(qū)動(dòng)放大級200，第二驅(qū)動(dòng)放大級240，和第三功率放大級280。下面詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的使用負(fù)反饋電路、RC并聯(lián)電路、和分流電阻的微波功率放大器。
參考圖2，使用負(fù)反饋電路、RC并聯(lián)電路和分流電阻的微波功率放大器在各驅(qū)動(dòng)級中，例如第一驅(qū)動(dòng)放大級200和第二驅(qū)動(dòng)放大級240中，使用負(fù)反饋電路207、209，RC并聯(lián)電路217、219和分流電阻器218、220，以便滿足絕對穩(wěn)定條件和寬帶特性。此外，RC并聯(lián)電路221和分流電阻222用在例如第三功率放大級224的功率級，以便滿足絕對穩(wěn)定條件。實(shí)現(xiàn)功率匹配，以便通過使用功率分配器211和功率組合器212，及彼此并聯(lián)的放大元件215、216去獲得最大輸出功率。級間匹配電路208、210插在第一驅(qū)動(dòng)放大級200和第二驅(qū)動(dòng)放大級240之間，和插在第二驅(qū)動(dòng)放大級240和第三功率放大級280之間。級間匹配電路208、210包括微帶線(micro-striplines)和開路短線(open stub)。級間匹配電路208、210的作用是提供增益而關(guān)于輸出的功率匹配無損耗。這些級間匹配電路208、210可以通過每級之間的DC阻斷電容器隔開。
第一驅(qū)動(dòng)放大級200包括用于提升信號電平的功率元件213，用于無損失的發(fā)送輸入信號的輸入匹配電路201、217、218，RC并聯(lián)電路217，分流電阻器218，負(fù)反饋電路207，柵偏壓電路201，漏偏壓電路202。
功率元件213可以作為HEMT(高電子活動(dòng)度晶體管)來實(shí)現(xiàn)，RC并聯(lián)電路217串聯(lián)連接在輸入端口和功率元件213的柵極之間，分流電阻器218連接在接地端和功率元件213的柵極之間。分流電阻器218是一個(gè)在其兩端連有微帶線(micro-strip line)的電阻，接地端由一些通孔(via-hole)形成。具有輸入級的匹配元件可通過改變分流電阻器的阻值和調(diào)整微帶線的長度來調(diào)整。包括電阻器和電容器的負(fù)反饋電路207與功率元件213并聯(lián)連接定位，由此形成放大部分。柵偏壓電路201和漏偏壓電路202被分開，用于分別提供獨(dú)立的偏壓，最好是提供的DC電源具有一個(gè)GPPPPGPPG(Ground-Pad-Pad-Pad-Pad-Ground-Pad-Pad-Ground)型的連接盤(Pad)，所述連接盤具有對于在晶測量(on-wafer measurement)的200μm間距。級間匹配電路208連到功率元件213的輸出部分。
第二驅(qū)動(dòng)放大級240通過級間匹配電路208與第一驅(qū)動(dòng)放大級220相連，并與第一驅(qū)動(dòng)放大級200的結(jié)構(gòu)相同。換言之，第二驅(qū)動(dòng)放大級240包括提高信號電平的功率元件214，RC并聯(lián)電路219，分流電阻器220，負(fù)反饋電路209，柵偏壓電路203，和漏偏壓電路204。
第二驅(qū)動(dòng)放大級240的功率元件214也可以作為HEMT(高電子活動(dòng)度晶體管)來實(shí)現(xiàn)，RC并聯(lián)電路219串聯(lián)連接在級間匹配電路208和功率元件214的柵極之間，分流電阻220連接在接地端和功率元件214的柵極之間。分流電阻220是在其兩端連有微帶線的電阻，接地端可由一些通孔形成。負(fù)反饋電路209包括與功率元件214并聯(lián)的電阻器和電容器，級間匹配電路210安排在功率元件214的輸出部分中。柵偏壓電路203和漏偏壓電路204被分開，用于分別提供獨(dú)立的偏壓。最好是提供的DC電源具有一個(gè)GPPPPGPPG(Ground-Pad-Pad-Pad-Pad-Ground-Pad-Pad-Ground)型的連接盤，所述連接盤具有對于在晶測量(on-wafer measurement)的200μm間距。
第三功率放大級280包括用于放大來自第一驅(qū)動(dòng)放大級200和第二驅(qū)動(dòng)放大級240的信號的功率元件215、216，RC并聯(lián)電路221，分流電阻222，柵偏壓電路205，漏偏壓電路206，功率分配器211，和功率組合器212。第三功率放大級280通過級間匹配電路210連到第二功率放大級240。它被設(shè)計(jì)成，利用功率分配器211和功率組合器212分配輸入信號而無損失，通過并聯(lián)連接的功率元件215、216放大輸入信號，輸出所放大的信號而沒有損失耦合，同時(shí)利用RC并聯(lián)電路221和分流電阻222保持絕對穩(wěn)定性。
圖4是表示圖2所示的反饋微波功率放大器的輸入/輸出特性和增益的曲線圖。按照增益和輸入/輸出特性，由圖2所示的設(shè)計(jì)的結(jié)果，可以看到絕對穩(wěn)定性存在于從低頻波段到微波波段的整個(gè)波段中，而由于失配引起的振蕩的可能性完全被消除，如低頻波段中的輸入回程損耗特性402和增益特性401中所示。
圖5是圖2的設(shè)計(jì)布置圖。如圖5所示，本發(fā)明的功率放大器被設(shè)計(jì)成這樣，即，使RC并聯(lián)電路串聯(lián)在功率元件的柵極和第一驅(qū)動(dòng)放大級的輸入端口之間，一個(gè)電阻器安排在接地端和柵極之間，負(fù)反饋電路包括電阻器和電容器并與功率元件并聯(lián)連接。第二驅(qū)動(dòng)放大級通過級間匹配電路與第一驅(qū)動(dòng)放大級連接。第三功率放大級通過級間匹配電路與第二驅(qū)動(dòng)放大級連接。這樣功率放大器就可以做成一個(gè)芯片，例如集成電路。
如上所述，該微波功率放大器使用了負(fù)反饋電路、RC并聯(lián)電路、和分流電阻，與傳統(tǒng)的只使用反饋電路的功率放大器比較，它的優(yōu)點(diǎn)是控制低頻波段中的增益特性和不希望得到的輸入回程損耗特性，完全阻止了在低頻波段中的振蕩。
因此，從低頻波段到微波波段它具有絕對穩(wěn)定的特性，輸入匹配可以簡化，從而適合于毫米波段中微波集成電路放大器的設(shè)計(jì)。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但它不限于這些實(shí)施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)作出修改變化對于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人來說是顯然的。
權(quán)利要求
1.一種微波功率放大器，包括a)驅(qū)動(dòng)放大級(200)，包括1)第一功率元件(213)，2)連接在輸入端口和所述功率元件的柵極之間的第一RC并聯(lián)電路(217)，3)連接在地和所述第一功率元件的所述柵極之間的第一分流電阻(218)，和4)與所述第一功率元件并聯(lián)連接的負(fù)反饋電路(207)；b)與所述驅(qū)動(dòng)放大級串聯(lián)連接的級間匹配電路(208)；和c)功率放大級(280)，包括1)彼此并聯(lián)連接的第二功率元件(215)和第三功率元件(216)，并且連到功率分配器(211)和功率組合器(212)，2)連接在所述第二和第三功率元件以及所述級間匹配電路之間的第二RC并聯(lián)電路(221)，和3)連接在所述地以及所述第二和第三功率元件之間的第二分流電阻器(222)。
2.如權(quán)利要求1所述的微波功率放大器，其中所述功率元件是HEMT。
3.如權(quán)利要求1所述的微波功率放大器，其中所述級間匹配電路使用微帶線和開路短線。
4.如權(quán)利要求1所述的微波功率放大器，其中所述第一和第二分流電阻器包括一個(gè)在其兩端連有微帶線的電阻。
5.如權(quán)利要求1所述的微波功率放大器，其中所述微波功率放大器還包括第二驅(qū)動(dòng)放大級和第二級間匹配電路，它們安排在所述級間匹配電路和所述功率放大級之間。
全文摘要
一種包括驅(qū)動(dòng)放大級的微波功率放大器，它包括功率元件，功率元件的柵和漏偏壓電路，連接在輸入端口和所述功率元件的柵極之間的RC并聯(lián)電路，連接在接地端和功率元件的所述柵極之間的分流電阻，以及與電阻器和電容器串聯(lián)連接并與功率元件并聯(lián)的負(fù)反饋電路。級間匹配電路與驅(qū)動(dòng)放大級串聯(lián)連接；一功率放大級，它包括與功率分配器和功率聯(lián)接器并聯(lián)連接的功率元件，所述功率元件的柵和漏偏壓電路，一連接在功率元件的柵極和級間匹配電路之間的RC并聯(lián)電路，一連接在地和功率元件的柵極之間的分流電阻器。
文檔編號H03F3/60GK1520031SQ20031012545
公開日2004年8月11日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月18日
發(fā)明者姜東敏, 尹亨燮, 金海千, 趙庚翼 申請人:韓國電子通信研究院