[發(fā)明專利]一種高增益高功率的毫米波功率放大器

無效

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• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103095230A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 李連鳴;崔鐵軍;陳林輝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H03F3/45
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發(fā)明涉及一種功率放大器，具體涉及一種亞微米CMOS工藝高增益高功率的毫米波功率放大器。但需要說明的是，該發(fā)明所涉及的功率放大器可在其他工藝中實現(xiàn)。?

背景技術

目前，由于CMOS工藝的功率放大器具有集成度高，易與基帶結合的特點受到越來越多的重視。但是CMOS工藝的功率放大器具有幾大挑戰(zhàn)。?

首先是在高頻，米勒電容的存在影響了晶體管的穩(wěn)定性。為了使晶體管滿足穩(wěn)定條件，現(xiàn)有的技術一般是采用：a)阻容反饋電路；b)輸入串聯(lián)電阻或者并聯(lián)電阻。但是這兩種技術的缺陷是會降低晶體管的最大可用功率增益。?

其次是有限的擊穿電壓。CMOS工藝的擊穿電壓通常較低，因此要輸出足夠大的功率，需要采用合適的功率合成的方法。現(xiàn)有的片內(nèi)功率合成技術通常是采用：a)電流疊加功率合成技術；b)wilkinson功率合成。第一方案的缺陷是晶體管的尺寸會很大，導致輸入輸出的阻抗很低，匹配困難；第二種技術的缺陷是功率合成電路會非常大，增加了成本。?

再次是毫米波段的匹配網(wǎng)絡，現(xiàn)有的技術有：a)微帶線匹配；b)傳輸線和變壓器結合。第一種方案的缺陷是損耗大和面積大；第二種方案能夠降低面積，可是損耗仍然很大。?

發(fā)明內(nèi)容

技術問題：針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種高增益高功率的毫米波功率放大器。?

技術方案：為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高增益高功率的毫米波功率放大器，包括輸入功率分配器、四路三級偽差分共源放大器、級間匹配網(wǎng)絡和輸出功率合成器，其連接關系如下：?

輸入功率分配器的輸入端連接信號源或功率源，輸入功率分配器的輸出端連接第?一級偽差分共源放大器的輸入端，第一級偽差分共源放大器的輸出端接第一級級間匹配網(wǎng)絡的輸入端，第一級級間匹配網(wǎng)絡的輸出端接第二級偽差分共源放大器的輸入端，第二級偽差分共源放大器的輸出端接第二級級間匹配網(wǎng)絡的輸入，第二級級間匹配網(wǎng)絡的輸出端接第三級偽差分共源放大器的輸入，第三級偽差分共源放大器的輸出端接輸出功率合成器的輸入端，輸出功率合成器的輸出端接負載。?

所述輸入功率分配器為二端口輸入，輸入信號是差分信號或是單端信號，輸出為四端口，為兩路差分信號或是單端信號。?

所述第一級偽差分共源放大器、第二級偽差分共源放大器、第三級偽差分共源放大器的結構一樣，每一個偽差分共源放大器分別包括第一晶體管M1、第二晶體管M2、第一電容C1、第二電容C2，所述第一晶體管M1和第二晶體管M2的源極連接在一起，所述第一電容C1跨接在第二晶體管M2的柵極和第一晶體管M1的漏極，第二電容C2跨接在第一晶體管M1的柵極和第二晶體管M2的漏極，信號從第一晶體管M1和第二晶體管M2的柵極輸入，從第一晶體管M1和第二晶體管M2的漏極輸出。?

所述第一晶體管M1和第二晶體管M2的參數(shù)一樣，所述第一電容C1、第二電容C2的容值一樣。?

所述第一級級間匹配網(wǎng)絡、第二級級間匹配網(wǎng)絡的結構一樣，每一個級間匹配網(wǎng)絡分別包括第一傳輸線TL1、第二傳輸線TL2、第三傳輸線TL3、變壓器T0和電感L0；第一傳輸線TL1首先連接到電感L0，然后串接第二傳輸線TL2，再接變壓器T0，最后接第三傳輸線TL3；第一傳輸線TL1所在端口為輸出端口，第三傳輸線TL3所在端口為輸入端口。?

所述輸出功率合成器輸入為四端口，接兩路差分信號或單端信號；輸出為二端口，為單端或者差分輸出。?

有益效果：相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點有：?

1.輸出功率大。由于本發(fā)明采用變壓器實現(xiàn)四路功率合成，相比于單路功率放大器，輸出功率能夠增加約6dB。?

2.功率增益高。由于本發(fā)明采用電容中和技術，引入電容C1和C2，能夠提高差分放大器的功率增益；同時由于本發(fā)明在匹配網(wǎng)絡中加入并聯(lián)電感L0，能夠極大地降低級間匹配網(wǎng)絡的損耗。?

3.電路穩(wěn)定性高，隔離度好。由于本發(fā)明采用電容中和技術，引入電容C1和C2，能夠有效的克服米勒效應帶來的不穩(wěn)定的問題。?

4.電路面積小，易于集成。由于本發(fā)明采用多處使用變壓器結構實現(xiàn)功率分配、功率合成和級間匹配，相比于傳統(tǒng)的微波放大器，面積能夠極大的縮小。?

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式來詳細說明本發(fā)明；?

圖1為本發(fā)明的電路框圖；?

圖2為本發(fā)明的級間匹配網(wǎng)絡的電路原理圖；?

圖3為本發(fā)明的偽差分共源放大器的電路原理圖；?