[發明專利]一種基于三極管堆疊技術的達林頓分布式功率放大器

在審

• 申請號: 201810818279.2
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108683410A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 林倩;鄔海峰;朱琳;張曉明;劉林盛;周楊;嚴杰
• 申請（專利權）人: 青海民族大學;成都菁茂蓉創科技有限公司;天津城建大學
• 主分類號: H03F3/193
• 分類號: H03F3/193;H03F3/24;H03F3/21
• 代理公司: 成都創新引擎知識產權代理有限公司 51249
• 代理人: 向群

本發明公開了一種基于三極管堆疊技術的達林頓分布式功率放大器，包括分布式堆疊型達林頓管放大網絡、堆疊型達林頓管輸入分配網絡、堆疊型達林頓管輸出合成網絡，本發明核心架構采用分布式堆疊型達林頓管放大網絡，該放大網絡至少由三個基于堆疊技術的分布式堆疊型達林頓管組成，同時，本發明考慮了二晶體管堆疊結構的堆疊型達林頓管對于人工傳輸線的等效電容的影響，大大提高了電路設計的精確性，降低了電路后期調試的難度，使得整個功率放大器獲得了良好的寬帶功率輸出能力和功率增益能力，提高電路的穩定性與可靠性。

技術領域

本發明涉及異質結雙極性晶體管射頻功率放大器和集成電路領域，特別是針對超寬帶收發機末端的發射模塊應用的一種高效率、高輸出功率、高增益的分布式功率放大器。

背景技術

隨著電子戰、軟件無線電、超寬帶通信、無線局域網(WLAN)等軍用電子對抗與通信、民用通信市場的快速發展，射頻前端收發器也向高性能、高集成、低功耗的方向發展。因此市場迫切的需求發射機的射頻與微波功率放大器具有超寬帶、高輸出功率、高效率、低成本等性能，而集成電路正是有望滿足該市場需求的關鍵技術。

然而，當采用集成電路工藝設計實現射頻與微波功率放大器芯片電路時，其性能和成本受到了一定制約，主要體現：

(1)高功率高效率放大能力受限：半導體工藝中晶體管的特征頻率越來越高，由此帶來了低擊穿電壓從而限制了單一晶體管的功率容量。為了獲得高功率能力，往往需要多路晶體管功率合成，但是由于多路合成網絡的能量損耗導致功率放大器的效率比較低，因此高功率、高效率能力較差。

(2)超寬帶高功率放大能力受限：為滿足高功率指標就需要多個晶體管功率合成，但是多路合成的負載阻抗大大降低，從而導致了很高的阻抗變換比；在高阻抗變換比下，實現寬帶特性是極大的挑戰。

常見的超寬帶高功率放大器的電路結構有很多，最典型的是傳統分布式放大器，但是，傳統分布式放大器要同時滿足各項參數的要求十分困難，主要是因為：

①在傳統的分布式功率放大器中，核心放大電路是多個單晶體管采用分布式放大排列的方式實現，由于單晶體管受到寄生參數的影響，隨著工作頻率升高時，其功率增益會顯著降低、同時功率特性等也會顯著惡化，因此為了獲得超寬帶平坦的放大結構，必須要犧牲低頻增益來均衡高頻損耗，導致傳統分布式放大器的超寬帶增益很低；

②為了提高放大器增益提高隔離度的影響，也有采用Cascode雙晶體管分布式放大結構，但是Cascode雙晶體管雖然增加了電路隔離度，卻無法增益隨頻率顯著惡化的趨勢，也無法實現Cascode雙晶體管間的最佳阻抗匹配，從而降低了輸出功率特性。

由此可以看出，基于集成電路工藝的超寬帶射頻功率放大器設計難點為：超寬帶下高功率輸出難度較大；傳統單個晶體管結構或Cascode晶體管的分布式放大結構存在很多局限性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于三極管堆疊技術的達林頓分布式功率放大器，結合了基于三極管堆疊技術的達林頓晶體管和分布式放大器的優點，具有超寬帶下高功率輸出能力、高功率增益、良好的輸入、輸出匹配特性，且成本低等優點。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于三極管堆疊技術的達林頓分布式功率放大器，其特征在于，包括分布式堆疊型達林頓管放大網絡、堆疊型達林頓管輸入分配網絡、堆疊型達林頓管輸出合成網絡，分布式堆疊型達林頓管放大網絡由k個二晶體管堆疊結構的堆疊型達林頓管結構組成，其中k大于等于3。堆疊型達林頓管輸入分配網絡的輸入端為整個所述基于三極管堆疊技術的達林頓分布式功率放大器的輸入端，其k個輸出端分別與分布式堆疊型達林頓管放大網絡中的k個堆疊型達林頓管的輸入端連接；堆疊型達林頓管輸出合成網絡的輸出端為整個所述基于三極管堆疊技術的達林頓分布式功率放大器的輸出端，其k個輸入端分別與分布式堆疊型達林頓管放大網絡中的k個堆疊型達林頓管的輸出端連接。