本發(fā)明涉及一種雷達功率放大器，尤其涉及一種用于汽車雷達系統(tǒng)的77GHz功率放大器，屬于無線電子通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車安全性能受到廠商和消費者越來越多的重視。汽車交通事故頻發(fā)，造成了重大的生命、財產(chǎn)損失，汽車的行駛安全問題也得到了社會的廣泛關(guān)注，我國是多自然災(zāi)害的國家，經(jīng)常某個地區(qū)出現(xiàn)長久的多霧天氣，尤其是在高速公路上行駛的車輛，遇到霧天或者雨天，由此產(chǎn)生的汽車追尾造成的交通事故極易發(fā)生。人們對汽車防碰撞、自適應(yīng)巡航、盲區(qū)監(jiān)測和輔助駕駛等功能不斷提出新的要求，汽車毫米波雷達系統(tǒng)應(yīng)運而生。毫米波是指頻率在30GHz到300GHz之間的電磁波，由于它具有波長短、頻帶寬、方向性好和穿透能力強等優(yōu)點，已在許多方面均有應(yīng)用。毫米波雷達防撞探測方式克服了激光和超聲波雷達探測方式中惡劣環(huán)境適應(yīng)性差的缺點。毫米波雷達普遍使用的是連續(xù)頻率調(diào)制(CWFM)，從目標反射回來信號的調(diào)制頻率相對于發(fā)射信號的調(diào)制頻率有個時間上的延遲，利用這個延遲來判斷與目標之間的距離。

當碰撞不可避免時，通過對剎車、頭靠、安全帶等進行控制，減輕因碰撞而帶來的危害，極大程度的減少人身及財產(chǎn)安全的事故發(fā)生。

在傳統(tǒng)的防撞探測系統(tǒng)中，通常采用激光和超聲波雷達探測并獲取車輛周圍環(huán)境信息，由于防撞探測系統(tǒng)的工作環(huán)境十分復(fù)雜，周圍地物的干擾、惡劣的氣象條件以及工業(yè)現(xiàn)場大量的粉塵干擾，都會嚴重制約激光和超聲波方式的目標檢測能力。

究其原因，主要是因為：汽車毫米波雷達系統(tǒng)主要包括接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)，功率放大器作為發(fā)射機的關(guān)鍵部分，一直是77GHz汽車毫米波雷達系統(tǒng)中的設(shè)計難點。

現(xiàn)有77GHz功率放大器設(shè)計常采用 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor的英文縮寫）、SiGe BiCMOS（SiGe BiCMOS工藝集成技術(shù),是在制造電路結(jié)構(gòu)中的雙極晶體管時,在硅基區(qū)材料中加入一定含量的鍺,形成應(yīng)變硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體管,以改善雙極晶體管特性的一種硅基工藝集成技術(shù)）、GaAs工藝。CMOS工藝成本最低，但其面臨著諸多挑戰(zhàn)。其主要挑戰(zhàn)是CMOS 工藝無源元件的低Q值造成能量在無源元件中較多的損耗，以及先進的工藝節(jié)點的CMOS晶體管的低擊穿電壓造成放大器的輸出擺幅較小，而且CMOS晶體管因為熱載流子效應(yīng)很難制造出高線性度的應(yīng)用于77GHz汽車毫米波雷達系統(tǒng)的功率放大器。GaAs工藝性能最好，但是制造成本昂貴。SiGe BiCMOS工藝與CMOS工藝完全兼容，而且具有較高擊穿電壓和截止頻率而越來越受到重視。

在77GHz功率放大器的研究方面，國內(nèi)外已經(jīng)進行了廣泛的研究，傳統(tǒng)的77GHz功率放大器普遍存在的問題是輸入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)損耗較大，增益低，輸出功率低和功耗大?，F(xiàn)有77GHz汽車毫米波雷達系統(tǒng)方案中的射頻收發(fā)機大多采用多款芯片組合來實現(xiàn)，存在體積大，功耗大，一致性差，成本較高等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：為了解決77GHz汽車毫米波雷達系統(tǒng)的功率放大器由于采用多款芯片的組合而存在線性度低、體積大、高功耗、高成本、集成度低的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種全集成的用于汽車雷達系統(tǒng)的77GHz功率放大器，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，消除外界環(huán)境對天線及汽車防碰撞雷達的影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種用于汽車雷達系統(tǒng)的77GHz功率放大器，其電路主要由增益放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)組成；增益放大器為四級；匹配網(wǎng)絡(luò)包括與增益放大器輸入端相連的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、四級增益放大器之間的級間匹配網(wǎng)絡(luò)和與增益放大器輸出端相連的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)；四級增益放大器均為AB類差分功率放大器，功率放大器的輸出與差分天線直連，不需要片上巴倫進行轉(zhuǎn)接，從而節(jié)省芯片面積；匹配網(wǎng)絡(luò)為傳輸線和MIM電容相配合的匹配方式。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的匹配網(wǎng)絡(luò)中采用50Ω特征阻抗的慢波傳輸線。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的AB類差分功率放大器包括兩路相同的單端放大電路。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的四級增益放大器中包括電阻TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7、TL8、TL9、TL10、TL11和TL12，電容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10，晶體管Q1、Q2、Q3和Q4；其電路連接方式為：電容C1、C3、C5、C7和C9的一端接地，另一端接VDDa，電阻TL1的一端接信號輸入端，另一端接VDDa；電阻TL2的一端與TL1并聯(lián)接輸入端，另一端接電容C2；電阻TL3的一端接晶體管Q1，另一端接VDDa；電阻TL4一端與電阻TL3并聯(lián)，另一端接電容C4；電阻TL5一端接晶體管Q2，另一端接VDDa；電阻TL6的一端與TL5并聯(lián)，另一端通過電容C6與電阻TL7串聯(lián)；電阻TL8的一端與晶體管Q3相連，另一端接VDDa；電阻TL9的一端并聯(lián)TL8，另一端通過電容C8與電阻TL10串聯(lián)；電阻TL11的一端與晶體管Q4相連，另一端接VDDa；電阻TL12的一端與電阻TL11并聯(lián)，另一端通過電容C10信號輸出。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的電阻TL1、TL2和電容C2實現(xiàn)輸入匹配到50Ω。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的電阻TL3、TL4、TL5、TL6、TL7、TL8、TL9、TL10以及電容C4、C6和C8實現(xiàn)級間匹配，使放大電路每一級獲得最大增益并傳輸?shù)胶蠹墶?/p>

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的電容C1、C3、C5、C7和C9為電源濾波電容。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的晶體管Q1、Q2和Q3為放大晶體管，對信號進行放大處理。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的晶體管Q4、電阻TL11、TL12和電容C10實現(xiàn)輸出匹配到50歐姆。

作為一種優(yōu)選方式，本發(fā)明所述功率放大器中所述的晶體管Q1、Q2、Q3和Q4均采用1個發(fā)射極，且使用最小發(fā)射極寬度，晶體管偏置到各自的最大頻率fmax處。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的功率放大器電路采用AB類差分功率放大器結(jié)構(gòu)，差分功率放大器的輸出與差分天線直接相連，不需要片上巴倫進行轉(zhuǎn)接，從而節(jié)省芯片面積，回波損耗低于-15dB，電路總增益為15dB，輸出1dB壓縮點功率為15dBm，PAE達到15%；是一種全集成、高線性度、低成本、體積小且一致性好的功率放大器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明77GHz功率放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明77GHz功率放大器的單端電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明技術(shù)進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例：

如圖1、2所示，一種用于汽車雷達系統(tǒng)的77GHz功率放大器，采用SiGe BiCMOS工藝設(shè)計，在77GHz頻率下，襯底對信號的衰減較大，功率放大器的增益和輸出功率都受到嚴重限制，因此，在本發(fā)明中的功率放大器采用四級級聯(lián)共射放大結(jié)構(gòu)，以提高功率放大器電路電壓增益和輸出功率。

電路由四級增益放大器以及輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，級間匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)組成。功率放大器電路采用AB類差分功率放大器結(jié)構(gòu)，AB類差分功率放大器的輸出與差分天線直接相連，不需要片上巴倫進行轉(zhuǎn)接，從而節(jié)省芯片面積。AB類差分功率放大器由兩路相同的單端放大電路實現(xiàn)，單端放大電路原理圖見圖２，圖2中的偏置電路沒有給出。功率放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)采用了傳輸線（50Ω特征阻抗）和MIM電容相配合的匹配方式。因SiGe BiCMOS工藝中襯底對微波信號衰減較大，匹配網(wǎng)絡(luò)的損耗在毫米波電路中需要重點考慮，匹配網(wǎng)絡(luò)不僅影響毫米波電路增益，而且影響功率放大器輸出功率和效率。為了減小匹配網(wǎng)絡(luò)的損耗，匹配網(wǎng)絡(luò)中采用了慢波傳輸線。

本發(fā)明所述功率放大器中所述的四級增益放大器中包括電阻TL1、TL2、TL3、TL4、TL5、TL6、TL7、TL8、TL9、TL10、TL11和TL12，電容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9和C10，晶體管Q1、Q2、Q3和Q4；其電路連接方式為：電容C1、C3、C5、C7和C9的一端接地，另一端接VDDa，電阻TL1的一端接信號輸入端，另一端接VDDa；電阻TL2的一端與TL1并聯(lián)接輸入端，另一端接電容C2；電阻TL3的一端接晶體管Q1，另一端接VDDa；電阻TL4一端與電阻TL3并聯(lián)，另一端接電容C4；電阻TL5一端接晶體管Q2，另一端接VDDa；電阻TL6的一端與TL5并聯(lián)，另一端通過電容C6與電阻TL7串聯(lián)；電阻TL8的一端與晶體管Q3相連，另一端接VDDa；電阻TL9的一端并聯(lián)TL8，另一端通過電容C8與電阻TL10串聯(lián)；電阻TL11的一端與晶體管Q4相連，另一端接VDDa；電阻TL12的一端與電阻TL11并聯(lián)，另一端通過電容C10信號輸出。

其中：電阻TL1、TL2和電容C2的作用是實現(xiàn)輸入匹配到50Ω；電阻TL3-TL10以及電容C4、C6和C8實現(xiàn)級間匹配，使放大電路每一級獲得最大增益并傳輸?shù)胶蠹墸浑娙軨1、C3、C5、C7和C9為電源濾波電容；晶體管Q1-Q3為放大晶體管，對信號進行放大處理，使用成指數(shù)遞增的晶體管尺寸，這樣能夠確保后級放大電路比前幾放大電路增加3dB增益，有效克服襯底對信號的損耗；晶體管Q4、電阻TL11、電阻TL12和電容C10實現(xiàn)輸出匹配到50歐姆，為了實現(xiàn)輸出功率最大，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了負載牽引技術(shù)。所有晶體管晶體管Q1-Q4均采用1個發(fā)射極，且使用最小發(fā)射極寬度，晶體管盡可能偏置到它們各自的最大頻率fmax。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。