一种毫米波功率放大器芯片谐波抑制技术方法及装置

技术领域

本发明涉及一种毫米波功率放大器芯片二次三次谐波同时抑制技术方法及装置。属于毫米波通信技术领域。

背景技术

近些年，随着微波低频频谱资源逐渐耗尽，毫米波资源在军用和民用领域都越来越受到研究人员的重视。毫米波功率放大器作为毫米波通信系统中的关键组件，主要起到提升系统输出功率的作用。

在毫米波功率放大器的研究中，高效率一直是功率放大器亟待解决的难题和追求的目标。通常提升功率放大器效率的方法有Doherty技术、E/F类功率放大器技术、DPD技术等。在保证输出功率的同时，Doherty技术属于负载调制架构，需要再增加一路支路提高回退情况下的效率，体积成倍增加，线性度降低；DPD技术电路复杂，技术难点极高；常见的E/F类功率放大器技术例如等波形整形技术，可以在不增加电路尺寸的同时提升功率放大器的效率。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案，是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种毫米波功率放大器芯片二次三次谐波同时抑制技术。其具体方案如下：

一种毫米波功率放大器芯片二次三次谐波同时抑制技术方法，包括信号输入端，输入匹配单元，功率管芯单元，级间匹配单元，输出匹配单元，谐波抑制单元和信号输出端；

所述谐波抑制单元刻蚀在输出末端传输线上，其工作时可同时抑制二次三次谐波，且可通过结构改变调节二次谐波的抑制点和抑制带宽，能提升毫米波功率放大器的效率。

所述谐波抑制单元由1个、2个或3个谐波抑制子单元组成，当谐波抑制子单元为1个时，谐波抑制点为单频点，可抑制的谐波频带较窄；

当谐波抑制子单元为2个时，谐波抑制点为双频点，可抑制的谐波频带展宽；

当谐波抑制子单元为3个时，谐波抑制点为三频点，可抑制的谐波频带进一步展宽；

所述谐波抑制子单元数量不同，是为了适用于不同带宽的毫米波功率放大器的谐波抑制。

所述谐波抑制子单元由四段刻蚀在输出末端传输线上的槽线首尾相接组成，其中第一段和第四段的阻抗一致，第二段和第三段的阻抗一致，四段的电长度都一致。

所述谐波抑制子单元的第一段槽线阻抗与第二段槽线阻抗之比决定了二次谐波抑制点的频偏，当阻抗之比=1时，二次谐波和三次谐波呈倍频关系；当阻抗之比＜1时，二次谐波向高频移动，三次谐波不动；当阻抗之比＞1时，二次谐波向低频移动，三次谐波不动。

所述谐波抑制子单元的阻抗之比变化为了适应功率放大器芯片二次谐波频率偏移的情况。

综上所述，一种毫米波功率放大器芯片谐波抑制技术方法，包括信号输入端，输入匹配单元，功率管芯单元，级间匹配单元，输出匹配单元，其特征在于所述的输出匹配单元和信号输出端之间设置谐波抑制单元；

所述谐波抑制单元刻蚀在输出末端传输线上，所述谐波抑制单元由1个、2个或3个谐波抑制子单元组成；当谐波抑制子单元为1个时，谐波抑制点为单频点，当谐波抑制子单元为2个时，谐波抑制点为双频点，当谐波抑制子单元为3个时，谐波抑制点为三频点，可抑制的谐波频带逐级展宽。

所述谐波抑制子单元由四段刻蚀在输出末端传输线上的槽线首尾相接组成，其中第一段和第四段的阻抗一致，第二段和第三段的阻抗一致，四段的电长度都一致。

所述谐波抑制子单元的第一段槽线阻抗与第二段槽线阻抗之比决定了二次谐波抑制点的频偏，当阻抗之比=1时，二次谐波和三次谐波呈倍频关系；当阻抗之比＜1时，二次谐波向高频移动，三次谐波不动；当阻抗之比＞1时，二次谐波向低频移动，三次谐波不动。

一种毫米波功率放大器芯片谐波抑制装置，包括信号输入端，输入匹配单元，功率管芯单元，级间匹配单元，输出匹配单元，其特征在于所述的输出匹配单元和信号输出端之间设置谐波抑制单元；

所述谐波抑制单元由1个、2个或3个谐波抑制子单元组成，所述谐波抑制子单元由四段刻蚀在输出末端传输线上的槽线首尾相接组成，其中第一段和第四段的阻抗一致，第二段和第三段的阻抗一致，四段的电长度都一致。

所述谐波抑制子单元的第一段槽线阻抗与第二段槽线阻抗之比决定了二次谐波抑制点的频偏，当阻抗之比=1时，二次谐波和三次谐波呈倍频关系；当阻抗之比＜1时，二次谐波向高频移动，三次谐波不动；当阻抗之比＞1时，二次谐波向低频移动，三次谐波不动。

本发明中的谐波抑制单元刻蚀在输出末端传输线上，其工作时可同时抑制二次三次谐波，且可通过结构改变调节二次谐波的抑制点和抑制带宽，能提升毫米波功率放大器的效率，由于本方案不增加电路尺寸，而且线路简单，具有较高的商业价值。

附图说明

图1是一种毫米波功率放大器芯片二次三次谐波同时抑制技术电路结构示意图；

图2是谐波抑制子单元的结构示意图；

图3是本发明实施例谐波抑制子单元随着阻抗比不同情况下的二次三次谐波频点对比频响图；

图4是本发明实施例不同阻抗比谐波抑制单元的结构图，均由3个谐波抑制子单元组成；

图5是本发明实施例不同阻抗比谐波抑制单元的二次谐波抑制频响图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本实施例涉及一种毫米波功率放大器芯片二次三次谐波同时抑制技术，其特征在于，包括信号输入端3，输入匹配单元5，功率管芯单元1和2，级间匹配单元6，输出匹配单元7，谐波抑制单元8和信号输出端4，电路单元连接形式也如图1所示，本实施例电路采用GaAspHEMT工艺实现。

功率管芯单元1为后级功率管芯单元2提供增益和输入功率，由高增益、高效率的GaAs pHEMT管芯组成，功率管芯单元2为整个功率放大器提供功率输出，由高功率的GaAspHEMT管芯组成，功率管芯单元1和2都包含稳定网络和偏置网络。

输入匹配单元5，级间匹配单元6以及输出匹配单元7均由一系列串联的传输线、并联在传输线上的接地电容和传输线组成，起到了前后匹配的功能，输入匹配单元5和输出匹配单元7同时可以实现功率放大器输入输出阻抗与外界系统50欧姆阻抗的匹配过渡。

谐波抑制单元8刻蚀在输出末端传输线上，由谐波抑制子单元组成。如图2所示，谐波抑制子单元由四段刻蚀在输出末端传输线上的槽线首尾相接组成，其中第一段和第四段的阻抗一致，都为Z2；第二段和第三段的阻抗一致，都为Z1，第一段和第四段的电长度一致，都为Ɵ2；第二段和第三段的电长度一致，都为Ɵ1，本发明实施例中四段的电长度都一致，即Ɵ1=Ɵ2。

谐波抑制子单元的第一段槽线阻抗与第二段槽线阻抗之比K决定了二次谐波抑制点的频偏，当阻抗之比K=1时，二次谐波和三次谐波呈倍频关系；当阻抗之比K＜1时，二次谐波向高频移动，三次谐波不动；当阻抗之比K＞1时，二次谐波向低频移动，三次谐波不动，如图3所示。所述谐波抑制子单元的阻抗之比变化为了适应功率放大器芯片二次谐波频率偏移的情况。

谐波抑制单元8由1个、2个或3个谐波抑制子单元组成，当谐波抑制子单元为1个时，谐波抑制点为单频点，可抑制的谐波频带较窄，如图3所示；当谐波抑制子单元为2个时，谐波抑制点为双频点，可抑制的谐波频带展宽；当谐波抑制子单元为3个时，谐波抑制点为三频点，可抑制的谐波频带进一步展宽，如图5所示。

本实施例中提供了3个谐波抑制单元8，均由3个谐波抑制子单元组成，具有不同的阻抗比，如图4所示，其频响图如图5所示，谐波抑制点为三频点，可抑制的谐波频带具有一定的宽度，所述谐波抑制子单元数量不同，是为了适用于不同带宽的毫米波功率放大器的谐波抑制。

本实施例涉及一种毫米波功率放大器芯片二次三次谐波同时抑制技术，其谐波抑制单元8工作时可同时抑制功率放大器芯片的二次三次谐波，降低二次三次谐波损耗，从而提高整个功率放大器的效率；且可通过结构改变调节二次谐波的抑制点和抑制带宽。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和实施方式进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，这种效率提升方法可以应用在各种微带传输线结构上，在毫米波频段、半导体加工工艺带来巨大的利益，同时该发明的毫米波功率放大器可以在其他工艺中实现。