一种基于ADS的GaN射频功率放大器电路结构的制作方法

一种基于ads的gan射频功率放大器电路结构
【技术领域】
1.本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于ads的gan射频功率放大器电路结构。


背景技术：

2.射频功率放大器应用于发射机末端，是无线通信中的关键器件，主要作用是将信号放大到一定的功率。射频功率放大器的输出功率和效率是最重要的两个指标，同时功放输入输出阻抗匹配电路尺寸也制约着pcb布局，进而影响着射频模块的尺寸。
3.目前，国外gan射频功率放大器厂商(cree)提供的开发板，电路尺寸过大，无法直接在尺寸受限的射频模块中直接应用；qfn封装的内匹配功放，在工程应用中，输出功率很难达到器件规格书中指标定义的输出功率，在体积受限情况下长时间工作可靠性较差；用更大输出功率的功放，例如用20w功放输出10w，输出效率又会明显下降。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于ads的gan 射频功率放大器电路结构；以解决现有技术中设置有电路结构的开发板，输出功率难以满足器件规格书中输出功率的技术问题。
5.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
6.一种基于ads的gan射频功率放大器电路结构，包括：gan功率管，所述 gan功率管的输入端同时连接有输入阻抗匹配电路和栅极偏置电路，所述gan 功率管的一个输出端同时连接有输出阻抗匹配电路和漏极偏置电路；所述gan 功率管的另一个输出端接地。
7.本实用新型的进一步改进在于：
8.优选的，所述输入阻抗匹配电路包括电容c7，所述电容c7连接有微带线板材tl10，tl10连接有c8，c8连接有tl11，tl11连接有tl9，tl9连接有tl8， tl8连接有c9，c9连接有tl7，tl7连接有tl6；电容c8并联有r1，tl9和 tl8之间设置有支路连接至c4，tl7和tl6之间设置有支路连接至c5。
9.优选的，所述电容c4、c5、c7、c8和c9均为npo 0603封装射频微波电容；所述微带线tl6、tl7、tl8、tl9、tl10和tl11的板材材质均为ro4350b。
10.优选的，所述输出阻抗匹配电路包括微带线板材tl21，tl21连接至tl23， tl23连接至tl22，tl22连接至电容c6，tl21和tl23之间设置有支路连接至 c1，tl23和tl22之间设置有支路连接至c2，tl22和c6之间设置有支路连接至c3，c1、c2和c3的一端共同连接接地。
11.优选的，所述电容c1、c2和c3均为npo 0603封装射频微波电容；所述 t21的另一端连接至p3端口，p3端口连接信号输入端，所述c6连接至p4端口， p4端口连接至功率放大管输入端。
12.优选的，所述栅极偏置电路包括微带线板材tl1，tl1的一端连接至p5， tl1的另一端连接至tl8，tl8连接至tl9，tl9连接至tl7，tl7连接至tl6， tl6连接至tl4，tl4连接至
tl5，tl5连接至tl3，tl3连接至电阻r2，电阻 r2连接至tl2，tl2连接至p6，p5端口和tl1之间设置有五个支路，每一个支路连接有一个电容。
13.优选的，所述微带线板材tl1、tl2、tl3、tl4、tl5、tl6、tl7、tl8 和tl9总长度的1/4波长为20.8mm。
14.优选的，所述漏极偏置电路包括微带线板材tl1，tl1的一端连接至p7， tl1的另一端连接有弯曲微带线，弯曲微带线连接有tl2，tl2连接有p8；在 p7和tl1的连接线路上设置有6个支路，每一个支路连接有一个电容。
15.优选的，所述微带线tl1、弯曲微带线和tl2的线宽为1mm。
16.优选的，所述gan功率管选用cgh40010f。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型公开了一种基于ads的gan射频功率放大器电路结构，该电路结构包括：gan功率管，gan功率管的输入端同时连接有输入阻抗匹配电路和栅极偏置电路，gan功率管的一个输出端同时连接有输出阻抗匹配电路和漏极偏置电路；gan功率管的另一个输出端接地。该电路结构经过优化的输入阻抗匹配电路和输出阻抗匹配电路，使得gan功率放大管获得了良好的放大增益、最佳的输出功率和电源效率，以及最小的电路尺寸。栅极偏置电路用于给gan功率放大管栅极提供直流通路，并隔离射频信号，使得功率放大管工作在最佳的静态工作点，漏极偏置电路用于给gan功率放大管漏极提供直流通路，并隔离射频信号。射频功率放大器输出功率较高、较高的器件附加效率、较小的匹配电路尺寸、并且调试相对比较容易，同时相对于内匹配功放，本实用新型射频功率放大器成本相对较低。
【附图说明】
19.图1为本实用新型的电路结构图；
20.图2为本实用新型在实际应用中的电路图；
21.图3为本实用新型的输入阻抗匹配电路在使用ads仿真过程中的电路图；
22.图4为本实用新型的输出阻抗匹配电路在使用ads仿真过程中的电路图；
23.图5为本实用新型的栅压偏置电路在使用ads仿真过程中的电路图；
24.图6为本实用新型的漏压偏置电路在使用ads仿真过程中的电路图；
【具体实施方式】
25.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
26.如图1和图2所示，为本实用新型gan射频功率放大器的电路结构图，包括gan功率管、输入阻抗匹配电路、输出阻抗匹配电路、栅压偏置电路及漏压偏置电路；所述的输入阻抗匹配电路的末端连接gan功率管输入端(栅极)第一端的前位置，输出阻抗匹配电路的始端连接gan功率管输出端(漏极)第二端的后位置，栅极偏置电路的始端连接gan功率管输入端(栅极)第一端的前位置，漏极偏置电路的始端连接gan功率管输出端(漏极)第二端的后位置。 gan功率管选用cgh40010f(漏极供电电压28v，栅极供电电压
‑
2.5v，输入阻抗、输出阻抗良好匹配后饱和输出13w)。
27.本实用新型中的c均为电容，tl均为微带线板材，弯曲微带线在图中为 bend1，后面不再赘述。
28.射频链路(输入阻抗匹配输入端到输出阻抗匹配输出端)选用50ω标准阻抗，输入阻抗匹配电路将gan功率管的输入阻抗2.2
‑
j*12匹配到50ω，输出阻抗匹配电路将gan功率管的输出阻抗20.5 j*1.2匹配到50ω。
29.如图3所示，输入阻抗匹配电路包括电容c4、c5、c8、c9，微带线tl6～tl11，电阻r1；参见图3，信号从p1端口输入，整个输入阻抗匹配电路从隔直电容c7 开始，依次为c7连接有tl10，tl10连接有c8，c8连接有tl11，tl11连接有 tl9，tl9连接有tl8，tl8连接有c9，c9连接有tl7，tl7连接有tl6，tl6 右端即为p2端口连接功率放大管输入端。其中，电容c8并联有r1，tl9和tl8 之间设置有支路连接至c4，tl7和tl6之间设置有支路连接至c5。电容和微带线一起组成阻抗匹配网络，电容选用atc的高q值npo 0603封装射频微波电容，耐压值250v，c4容值3.6pf、c5容值2.7pf、c8容值2.4pf、c9容值3pf， c7用于隔离直流信号。微带线板材选用ro4350b，相对介电常数3.66(设计值)，板材厚度0.508mm，参考地和微带走线铜厚0.035mm。当放大电路的稳定系数 k>1时，说明放大电路具有稳定性，可以正常工作，否则放大电路工作不稳定。电阻r1用于提高放大电路稳定性，在增加电阻r1之前，稳定系数k＝0.6，增加电阻r1＝100ω之后，稳定系数k＝1.5。输入阻抗匹配电路提高了电路的稳定性，使得功率放大管输入端获得最佳匹配，输入信号损耗最小，增益最大，电路尺寸小。
30.如图4所示，输出阻抗匹配电路包括电容c1～c3，微带线tl21～tl23，电容和微带线组合在一起组成输出匹配阻抗网络，p3端口连接功率放大管输出端 (漏极)、p4端口连接信号输出端。p3端口连接至tl21，tl21连接至tl23， tl23连接至tl22，tl22连接至隔直电容c6，c6连接至p4；tl21和tl23之间设置有支路连接至c1，tl23和tl22之间设置有支路连接至c2，tl22和c6 之间设置有支路连接至c3，c1、c2和c3的一端共同连接接地；电容选用atc 的高q值npo 0603封装射频微波电容，耐压值250v，c1～c3容值依次为500ff、 1pf、500ff；c6用于隔离直流信号；微带线板材选型同输入阻抗匹配电路。输出阻抗匹配电路实现了功率放大管输出阻抗和50ω特征阻抗的匹配，使得功率放大电路获得最大的输出功率和最佳的电源转换效率，功率管热耗相对较少，外加良好的散热措施，可确保功率放大电路长时间高可靠性的工作。
31.如图5所示，栅极偏置电路包括电容c16～c20，微带线tl1～tl9，电阻r2 ，图5中p5口连接负电源
‑
2.5v，p6端口连接功率放大管(输入端)栅极。p5 端口连接有tl1，tl1连接至tl8，tl8连接至tl9，tl9连接至tl7，tl7连接至tl6，tl6连接至tl4，tl4连接至tl5，tl5连接至tl3，tl3连接至电阻r2，电阻r2连接至tl2，tl2连接至p6，p5端口和tl1之间设置有五个支路，每一个支路连接有一个电容，分别连接有c16、c17、c18、c19和c20。因功率放大管栅极电流小于1ma，因此选用宽度0.3mm的走线(特征阻抗92ω，通过电流800ma)，偏置电路选用1/4波长的走线时，对射频信号的抑制最大，因此微带线tl1～tl9的总长度1/4波长为20.8mm，小电容(c20＝10pf、 c19＝39pf、c18＝470pf)配合微带线用于对射频信号进行抑制，大电容 (c17＝33nf、c16＝10uf)对电源进行滤波。电阻r2＝47ω用于对功率放大管栅极进行限流，防止栅极电流过大导致功率放大管电路自激。此栅压偏置电路给栅极提供直流通路，并能够最大限度抑制射频信号。
32.如图6所示，漏极偏置电路包括电容c10～c15，微带线tl1、tl2、弯曲微带线，图6中p7端口正电源 28v，p8端口连接功率放大管漏极。p7连接有tl1， tl1连接有微带线弯曲微带线，弯曲微带线连接有tl2，tl2连接有p8。在p7 和tl1的连接线路上设置有6个支路，每一
个支路连接有一个电容，每一个电容的另一端接地。6个电容分别为c10、c11、c12、c13、c14和c15。功率放大管的漏极电流小于1a，漏极偏置电路微带线(tl1、tl2、弯曲微带线)线宽设置为1mm(特征阻抗52ω，最大通过电流2.3a)，类似栅极偏置电路，当选用1/4 波长的走线时，对射频信号的抑制最大，因此微带线tl1、tl2、弯曲微带线的总长度1/4波长为19.9mm，小电容(c10＝18pf、c11＝39pf、c12＝180pf)配合微带线用于对射频信号进行抑制，大电容(c13＝100nf、c14＝1uf、c15＝33uf) 对电源进行滤波。此栅压偏置电路给栅极提供直流通路，并能够最大限度抑制射频信号。
33.以上所述仅为本实用新型的较佳实例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。