[发明专利]一种L波段单片集成功率放大器

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种L波段单片集成功率放大器。该功率放大器包括：输入匹配网络单元、晶体管单元和输出匹配网络单元；通过输入匹配网络单元和输出匹配网络单元特有的电路结构，实现了GAN工艺下晶体管单元输入与输出的阻抗匹配，无需片外电感和片外电容作匹配，解决了现有技术中应用于L波段功率放大器的成本高、效率低、带宽小、尺寸大等问题。

技术领域

本发明涉及一种功率放大器集成电路，特别是涉及一种L波段单片集成功率放大器，属于半导体技术领域。

背景技术

随着雷达技术的不断发展，相控阵雷达的应用越来越广泛。相控阵雷达内部集成的收发组件众多，且每个收发组件又包含若干收发通道，功率放大器作为收发组件中最核心的器件之一，其尺寸和性能对整个相控阵雷达性能的提升尤其是小型化有着巨大影响。与混合集成电路相比，单片功率放大器电路可以提供更小的尺寸和更优的芯片一致性；功率放大器消耗大部分系统的能量，高效率功率放大器可降低对散热系统的管理要求同时提高器件的寿命，提高其效率意义重大。因此，高效率功率放大器的研究是非常必要的。

当前半导体工艺中，CMOS工艺由于其较差的功率密度、效率等方面的限制，不适合在 5～10W功率量级功率放大器中应用，5～10W功率量级基于GaAs工艺和GaN工艺实现的产品较多，但由于GaAs工艺其自身的功率密度限制(约为0.8W/mm)，如果在L波段实现5W以上功率放大器，必然需要8胞甚至16胞以上晶体管进行功率合成，在L波段其片内所使用的电感往往感值较大，多次合成网络也会增加损耗，导致芯片尺寸会非常大；相较于GaAs工艺和CMOS 工艺，GaN工艺其功率密度可达到5W/mm以上，更便于实现单片集成。然而实际应用中，受功率放大器的晶体管输入和输出阻抗匹配因素影响，当前工业界L波段的高效率功率放大器带宽往往在200～600MHz之间，例如：中电55所产品WFPN012014-P48工作频率为1.2-1.4GHz，带宽为200MHz；能覆盖1～2GHz工作带宽的单片集成功率放大器产品其效率低于50％，例如：中电55所产品WFDN008020-P48工作频率为0.8-2.0GHz，带宽为1.2GHz但是效率仅为45％；且很多宽带产品均需要片外电感和片外电容作匹配，增加了收发通道的尺寸，例如中电13所产品BW1180工作频率为0.2-1.8GHz，效率为54％，但是需要漏极加片外电感也能工作，不利于小型化设计，同时由于装配引入的额外因素会导致通道之间的一致性变差使其无法适应于L 波段宽带相控阵雷达收发组件。

因此，研究一种基于GaN工艺的覆盖1-2GHz频带的L波段高效率单片集成功率放大器具有积极意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在改进需求，本发明提出了一种L波段单片集成功率放大器，其工作频率范围为1～2GHz，覆盖了整个L波段且在片内实现了所有半导体器件的集成，具有发射通道的成本低、效率高、宽带宽、尺寸小等优点，适用于L波段宽带相控阵雷达收发组件。

本发明采用的技术方案为：

一种L波段单片集成功率放大器，包括：输入匹配网络单元、晶体管单元和输出匹配网络单元；

所述输入匹配网络单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、电感L2和电感L3；电阻R1的第一端与电容C4第一端相连后分别与电感L2和电感L3的第一端连接，电阻R1的第二端与电容C4的第二端相连后作为输入匹配网络单元的输出连接晶体管单元，电感L2的第二端经电容C2接射频输入信号RFin，电感L3的第二端经电阻R2后分别连接电阻R3和电容C3的第一端；电阻R3的第二端接外部栅极偏置电压信号VG，电容C3的第二端接地；电感L1的第一端接射频输入信号RFin，第二端接地；电容C1的第一端分别连接电感L1的第一端和电容C2接射频输入信号RFin 的一端，另一端接地；