本發(fā)明涉及諧波控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多級諧波控制高效率微波單片集成(monolithicmicrowaveintegratedcircuit：mmic)功放匹配電路實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

功放效率的提高對通信系統(tǒng)性能的提升具有重要意義，作為一種有效提升功放效率的技術(shù)，諧波控制在功放中的應(yīng)用近年來屢見報(bào)道。相關(guān)的諧波控制結(jié)構(gòu)也如雨后春筍般在功放電路中應(yīng)用起來。諧波控制結(jié)構(gòu)不僅在單級功放中得以應(yīng)用，將諧波控制結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多級功放也有報(bào)道。

為了實(shí)現(xiàn)高效率，在現(xiàn)有技術(shù)中，在電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(ieee)微波與無線元件快報(bào)2015，第133頁到135頁中提出在單級功放輸出級采用蝴蝶結(jié)形的諧波控制結(jié)構(gòu)，形成三次諧波阻帶，同時(shí)對于二次諧波，在漏極饋電網(wǎng)絡(luò)和管子漏極端口之間串聯(lián)四分之波長傳輸線結(jié)構(gòu)，使得二次阻抗近似短路，三次阻抗近似開路，實(shí)現(xiàn)輸出電路中對諧波進(jìn)行控制的技術(shù)。雖然蝴蝶結(jié)加傳輸線結(jié)構(gòu)能有效的對諧波進(jìn)行控制，但是他們需要的空間較大；微波與無線元件快報(bào)2016，第137頁到第139頁中提出一款在輸出級進(jìn)行諧波控制的單級功放，為了實(shí)現(xiàn)諧波控制，漏極饋電網(wǎng)絡(luò)和管子漏極端口之間并聯(lián)了四條開路枝節(jié)，并且在枝節(jié)之間串聯(lián)阻抗變換線；歐洲微波集成電路會(huì)議2011提出在單級功放的輸入輸出級同時(shí)采用并聯(lián)開路枝節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二次諧波控制；微波與無線元件快報(bào)2016，第137頁到第139頁和歐洲微波集成電路會(huì)議2011中采用的并聯(lián)開路枝節(jié)諧波匹配電路雖然是目前最常用的結(jié)構(gòu)，但由于都是傳輸線結(jié)構(gòu)，這樣的匹配電路頻帶窄，同時(shí)所用的傳輸線較長，需要占據(jù)較多的空間；微波與無線元件快報(bào)2014,第185頁到第187頁采用了并聯(lián)電容到地結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)頻帶較寬的二次諧波控制。以上的諧波控制匹配結(jié)構(gòu)都是在混合微波集成電路(hybridmicrowaveintegratedcircuit，hmic)中實(shí)現(xiàn)，這類電路的空間大，容易實(shí)現(xiàn)。然而同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率大功率小體積才是功放設(shè)計(jì)者們的目標(biāo)，即在相比于hmic空間小很多的mmic中實(shí)現(xiàn)多級功放的諧波控制。電子快報(bào)2016,第219頁到第221頁提出一款對末級進(jìn)行諧波控制的多級mmic功放，采用阻抗變換線、并聯(lián)電感以及串聯(lián)開關(guān)電容結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)諧波控制，但這款功放只實(shí)現(xiàn)了末級的諧波調(diào)諧。雖然在單片上實(shí)現(xiàn)了末級的諧波控制，但是該諧波匹配結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要的較多的匹配成分，無法在前級驅(qū)動(dòng)電路中使用；孫環(huán)，歐榮德，徐銳敏等在2015年全國微波毫米波會(huì)議中提出了多級mmic功放的諧波控制技術(shù)，但是文中沒有說明諧波匹配電路的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多級諧波控制高效率mmic功放匹配電路，為了在多級mmic功放中實(shí)現(xiàn)諧波控制，提出了一種簡單的電阻電感(rl)并聯(lián)結(jié)構(gòu)對級間和輸入級的二次諧波阻抗進(jìn)行最優(yōu)匹配，所述rl結(jié)構(gòu)在級間嵌入到饋電網(wǎng)絡(luò)中有效縮小了面積，并且諧波被控制之后電路的損耗大大降低，提高了功放匹配電路的效率。同時(shí)對輸出級采用并聯(lián)電感到地，對基波而言本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)引入的損耗較小，有效實(shí)現(xiàn)多級功放的諧波控制技術(shù)。其中的rl并聯(lián)結(jié)構(gòu)同時(shí)應(yīng)用在輸入匹配、一二級間匹配和二三級間匹配電路中，證明了此結(jié)構(gòu)的靈活性，占用空間的靈活性和諧波匹配的靈活性，它非常適合在諧波控制的多級mmic功放中使用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種多級諧波控制高效率微波單片集成功放的匹配電路，所述匹配電路包括第一級輸入匹配電路、一二級間匹配電路、二三級間匹配電路、第三級輸出匹配電路；

所述第一級輸入匹配電路包括第一級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)、第一級基波阻抗匹配電路、二次諧波阻抗匹配電路；

所述一二級間匹配電路包括第一級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)、一二級間基波阻抗匹配電路、二次諧波阻抗匹配電路、第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)；

所述二三級間匹配電路包括第二級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)、二三級間基波阻抗匹配電路、二次諧波匹配電路、第三級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)；

所述二次諧波阻抗匹配電路包括電感和電阻，所述電感和所述電阻并聯(lián)(并聯(lián)rl)。

所述第三級輸出匹配電路包括第三級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)、基波和諧波阻抗匹配電路；

所述第三級輸出匹配電路中的第三級二次諧波匹配電路，采用電感接地結(jié)構(gòu)，所述電感并聯(lián)在微帶線與隔直電容中間。

可選的，在第一級輸入匹配電路中，所述并聯(lián)rl二次諧波阻抗匹配電路一端接第一級晶體管的柵極，另一端接地。

可選的，在所述一二級間匹配電路中，所述并聯(lián)rl二次諧波阻抗匹配電路嵌入到了所述第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,一端接第二級晶體管柵極的直流偏置端口，另一端接所述第二級晶體管的柵極。所述第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)一共作用于4個(gè)晶體管，所以一二級間匹配電路中一共有四個(gè)所述并聯(lián)rl二次諧波阻抗匹配結(jié)構(gòu)。

可選的，在所述二三級間匹配電路中，兩個(gè)并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來形成一組二次諧波阻抗匹配電路嵌入到所述第三級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，共同作用于一個(gè)晶體管，所述第三級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)一共作用于8個(gè)晶體管，所以一共有八組二次諧波匹配電路，即16個(gè)并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)，所述并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)嵌入到饋電網(wǎng)絡(luò)中,每組二次諧波阻抗匹配電路兩端接所述第三級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)到地的電容，中間抽頭接第三級晶體管的柵極。

可選的，在所述的第三級輸出匹配電路中，所述電感采用螺旋電感對二次諧波進(jìn)行阻抗匹配，一端接地一端接輸出端口。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明中的二次諧波匹配電路沒有采用占用空間較大的傳統(tǒng)傳輸線結(jié)構(gòu)，而是采用新型的并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)，在合適地選擇了電感的結(jié)構(gòu)之后在很小的空間中進(jìn)行mmic功放中的諧波控制。同時(shí)所述并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)有效的應(yīng)用在輸入級和各級間匹配電路當(dāng)中，其具有很強(qiáng)的靈活性，適合在多級功放中使用。所述并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)與饋電網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，一路兩用的概念使功放空間進(jìn)一步減小。并且這種簡單的rl并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠很好的控制二次諧波，二次諧波被控制之后電路的損耗減小。從而實(shí)現(xiàn)功放的高效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實(shí)施例的各級高電子遷移率晶體管的負(fù)載牽引圖；

圖2為本申請實(shí)施例的多級功放mmic功放匹配電路圖；

圖3(a)為本申請實(shí)施例的第一級輸入匹配電路組成單元圖；

圖3(b)為本申請實(shí)施例的第一級輸入匹配電路完整版圖；

圖4(a)為本申請實(shí)施例的一二級間匹配電路組成單元圖；

圖4(b)為本申請實(shí)施例的一二級間匹配電路完整版圖；

圖5(a)為本申請實(shí)施例的二三級間匹配電路組成單元圖；

圖5(b)為本申請實(shí)施例的二三級間匹配電路完整版圖；

圖6(a)為本申請實(shí)施例的第三級輸出匹配電路組成單元圖；

圖6(b)為本申請實(shí)施例的第三級輸出匹配電路完整版圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種多級諧波控制高效率mmic功放匹配電路，采用并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)可以減少功放匹配電路的空間，并且有效控制二次諧波，從而減少電路的消耗，實(shí)現(xiàn)功放匹配電路的高效。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

對各級的高電子遷移率晶體管進(jìn)行基波源/負(fù)載牽引后，對各級的高電子遷移率晶體管進(jìn)行二次諧波負(fù)載牽引，得到二次諧波的負(fù)載牽引(loadpull)結(jié)果，如圖1為本申請實(shí)施例的各級高電子遷移率晶體管的負(fù)載牽引圖，如圖1所示，由圖1可知各級的二次諧波最佳阻抗匹配點(diǎn)位于阻抗圓圖的邊緣，這樣的阻抗匹配難度加大。因此，本發(fā)明在輸出電路中采用并聯(lián)電感到地，在各級間和輸入級利用rl并聯(lián)結(jié)構(gòu)將二次諧波阻抗拉至相應(yīng)的阻抗圓圖的邊緣，實(shí)現(xiàn)匹配。

圖2為本申請實(shí)施例的多級功放mmic功放匹配電路圖，如圖2所示，一種多級諧波控制高效率單片微波集成電路功放匹配電路包括第一級輸入匹配電路104、一二級間匹配電路103、二三級間匹配電路102、第三級輸出匹配電路101。

圖3(a)為本申請實(shí)施例的第一級輸入匹配電路組成單元圖，所述第一級輸入匹配電路104共由2個(gè)結(jié)構(gòu)相同的組成單元構(gòu)成。如圖3(a)所示，所述第一級輸入匹配電路104的組成單元圖包括第一級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1042、二次諧波阻抗匹配電路105、第一級基波阻抗匹配電路1041。圖3(b)為本申請實(shí)施例的第一級輸入匹配電路完整版圖，二次諧波阻抗匹配電路105的設(shè)計(jì)采用rl結(jié)構(gòu)，如圖3(b)黑色虛線方框中所示,并聯(lián)rl占用的面積為0.4*0.2mm²。對于第一級基波阻抗匹配電路1041，采用電阻電容(rc)結(jié)構(gòu)和一段短路枝節(jié)實(shí)現(xiàn)基波阻抗到50ω的轉(zhuǎn)換，并且保證放大器的穩(wěn)定性。

其中，所述第一級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1042，分為左右對稱兩部分，左部分晶體管的柵極直流饋電端口vg1與電阻r1一端相連，電阻r1的另一端同時(shí)與微帶線tl1的一端和電容c1的一端連接，電容c1的另一端接地；微帶線tl1的另一端同時(shí)與微帶線tl2和電容c2的一端連接，電容c2的另一端接地；微帶線tl2的另一端與晶體管的柵極、電容c5的一端、所述二次諧波阻抗匹配電路的一端連接,二次諧波阻抗匹配電路的另一端到地；右部分晶體管的柵極直流饋電端口vg2與電阻r2一端相連，電阻r2的另一端同時(shí)與微帶線tl3的一端和電容c3的一端連接，電容c3的另一端接地；微帶線tl3的另一端同時(shí)與微帶線tl4和電容c4的一端連接，電容c4的另一端接地；微帶線tl4的另一端與晶體管的柵極、電容c5的一端、所述二次諧波阻抗匹配電路的一端連接,二次諧波阻抗匹配電路的另一端到地；電容c5的另一端與所述第一級基波阻抗匹配電路連接。

所述二次諧波阻抗匹配電路，包括電阻r3和電感l(wèi)1，電阻r3與電感l(wèi)1并聯(lián)接地(并聯(lián)rl)。

所述第一級基波阻抗匹配電路1041，微帶線tl5的一端接地，微帶線tl5的另一端分別與電容c5的一端和并聯(lián)電阻r4電容c6的一端連接，并聯(lián)電阻r4電容c6的另一端連接輸入端。

圖4(a)為本申請實(shí)施例的一二級間匹配電路組成單元圖，所述一二級間匹配電路103共由2個(gè)結(jié)構(gòu)相同的組成單元構(gòu)成。如圖4(a)所示，所述一二級間匹配電路103的組成單元圖包括第一級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)1043、二次諧波阻抗匹配電路106、二次諧波阻抗匹配電路107、一二級間基波阻抗匹配電路1031、第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1022。在所述一二級間匹配電路103的組成單元中，二次諧波阻抗匹配電路嵌入在第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)中,一端接第二級晶體管柵極的直流偏置端口，另一端接第二級晶體管柵極的端口。利用rl并聯(lián)結(jié)構(gòu)將二次諧波阻抗拉到圓圖的邊緣(如圖1(a)中marker點(diǎn))，同時(shí)也充當(dāng)所述第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1022的一部分?；ㄗ杩蛊ヅ潆娐防么?lián)電容和接地電阻實(shí)現(xiàn)基波共軛阻抗匹配。圖4(b)為本申請實(shí)施例的一二級間匹配電路完整版圖，具體的二次諧波匹配結(jié)構(gòu)如圖4(b)中黑色虛線框里面的電路所示，并聯(lián)rl占用的面積僅為0.11*0.1mm²?？刂屏硕沃C波，從而提高了功放匹配電路的效率。

其中，所述第二級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1022與第一級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1042相似，分為左右對稱的兩部分，左部分二次諧波阻抗匹配電路106的一端與晶體管柵極直流饋電端口vg3和電容c7相連，電容c7的另一端接地，二次諧波阻抗匹配電路106的另一端與電阻r5相連，右部分二次諧波阻抗匹配電路107的一端與晶體管柵極直流饋電端口vg4和電容c9相連，電容c9的另一端接地，二次諧波阻抗匹配電路107的另一端與電阻r5相連。

所述一二級間基波阻抗匹配電路中電容c10的一端與電阻r6和微帶線tl7相連，電阻r6的另一端接地。電容c8的一端與電阻r8和微帶線tl6相連，電阻r8的另一端接地。

所述第一級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)1043中的微帶線tl8的一端與電容c11和電阻r7相連，微帶線tl8的另一端與隔直電容c13相連，電阻r7與晶體管漏極直流饋電端口vd1和電容c12相連，電容c11的另一端接地，電容c12的另一端接地。

圖5(a)為本申請實(shí)施例的二三級間匹配電路組成單元圖，所述二三級間匹配電路102共由4個(gè)結(jié)構(gòu)相同的組成單元構(gòu)成。如圖5(a)所示，所述二三級間匹配電路102的組成單元圖包括第三級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1013、二三級間基波阻抗匹配電路1021、二次諧波匹配電路、第二級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)1023。在所述二三級間匹配電路102的組成單元中，兩個(gè)并聯(lián)rl結(jié)構(gòu)串聯(lián)起來形成一組二次諧波阻抗匹配電路，共同作用于一個(gè)晶體管。所述第三級柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1013共作用于2個(gè)晶體管，共有4組二次諧波阻抗匹配電路。其中，串聯(lián)的二次諧波匹配電路的一端接第三級晶體管柵極的直流饋電端口，另一端接另一端接第三級晶體管的柵極，充當(dāng)?shù)谌壘w管饋電網(wǎng)絡(luò)1013的一部分。圖5(b)為本申請實(shí)施例的二三級間匹配電路完整版圖，具體的二次諧波匹配結(jié)構(gòu)如圖5(b)中黑色虛線框所示，并聯(lián)rl占用的面積僅為0.2*0.28mm²。這樣一路兩用的方法很好的節(jié)省了面積，并且控制了二次諧波，從而提高了功放匹配電路的效率。

其中，所述第三級晶體管柵極饋電網(wǎng)絡(luò)1013中，分為左右對稱的兩部分，左部分的第一個(gè)二次諧波阻抗匹配電路108的一端分別與柵極直流饋電端口vg5和電容c14連接，第二個(gè)二次諧波阻抗匹配電路109的一端與第四個(gè)二次諧波阻抗匹配電路111的一端相連，在右部分，第三個(gè)二次諧波阻抗匹配電路110的一端分別與柵極直流饋電端口vg6和電容c15連接，第四個(gè)二次諧波阻抗匹配電路111的另一端與第三個(gè)二次諧波阻抗匹配電路110另一端相連。

所述二三級間基波阻抗匹配電路1021中，微帶線tl9的一端與晶體管的柵極連接，另一端分別與電容c16的一端和電容c17的一端連接，電容c16的另一端接地，電容c17的另一端與微帶線tl10的一端和微帶線tl22的一端連接，微帶線tl22的另一端分別與微帶線tl19和隔直電容c19的一端相連，微帶線tl10的另一端接地。微帶線tl21的一端與晶體管的柵極連接，另一端分別與電容c25的一端和電容c26的一端連接，電容c25的另一端接地，電容c26的另一端分別與微帶線tl20的一端和微帶線tl19一端連接，微帶線tl20的另一端接地。

所述第二級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)1023中，微帶線tl11的一端與電容c18和晶體管漏極直流偏置電路vd2相連，微帶線tl11的另一端與晶體管漏極和隔直電容c19的另一端相連。

圖6(a)為本申請實(shí)施例的第三級輸出匹配電路組成單元圖，第三級輸出匹配電路101共由2個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單元構(gòu)成。如圖6(a)所示，所述第三級輸出匹配電路101的組成單元圖包括基波和諧波阻抗匹配電路1011、第三級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)1012。在第三級輸出匹配電路101中，基波和諧波阻抗匹配電路1011利用接地電容將二次諧波以上的頻率過濾，同時(shí)利用電容和傳輸線將基波阻抗實(shí)現(xiàn)共軛匹配，電感并聯(lián)接地后將二次諧波阻抗匹配到阻抗圓圖的邊緣(如圖1(c)中marker點(diǎn))，圖6(b)為本申請實(shí)施例的第三級輸出匹配電路完整版圖，圖6(b)中黑色虛線框里面的電路便是控制二次諧波的并聯(lián)電感，占用的面積僅為0.34*0.4mm²。

其中，所述基波和諧波阻抗匹配電路1011具有三個(gè)微帶線，微帶線tl12的一端分別與電容c21和微帶線tl13相連，另一端分別與電容c20和電感l(wèi)2相連，電感l(wèi)2的另一端接地，微帶線tl13的另一端分別與微帶線tl14和電容c22相連，電容c22的另一端接地，微帶線tl14的另一端分別與第三級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)中的微帶線tl15和微帶線tl16相連。

所述第三級晶體管漏極饋電網(wǎng)絡(luò)1012分為左右對稱的兩部分，微帶線tl15的一端分別與微帶線tl16的一端和微帶線tl14連接，微帶線tl15的另一端分別與晶體管的漏極和微帶線tl18的一端連接，tl16的另一端分別與微帶線tl17的一端和另一個(gè)晶體管漏極連接，微帶線tl17的另一端與晶體管漏極直流饋電端口vd3和電容c23連接，電容c23的另一端接地，微帶線tl18的另一端與晶體管漏極直流饋電端口vd4和電容c24連接，電容c24的另一端接地。

從上面的二次諧波匹配電路中可以發(fā)現(xiàn)，各級的rl并聯(lián)結(jié)構(gòu)所占用的空間很小。rl并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性就在此體現(xiàn)出來了。在二次諧波匹配電路當(dāng)中，電感在各級的匹配當(dāng)中起了關(guān)鍵性的作用，對于電感結(jié)構(gòu)的選擇要綜合考慮芯片可用空間以及電路中所需電感值對電感種類和形狀進(jìn)行選擇。在本發(fā)明的實(shí)施例中，電感采用螺旋電感和細(xì)微帶形成的電感。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。