[實用新型]一種基于達林頓堆疊管的二階矩陣放大器

有效

• 申請號: 201822188449.1
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN209488525U
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 林倩;鄔海峰;張曉明;陳思維;胡單輝
• 申請（專利權）人: 青海民族大學
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42;H03F1/56;H03F3/195;H03F3/213;H03F3/45;H04B1/40
• 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

本實用新型公開了一種基于達林頓堆疊管的二階矩陣放大器，包括二階矩陣輸入分配網絡、二階矩陣級間平衡網絡、二階矩陣輸出合成網絡、第一達林頓堆疊管、第二達林頓堆疊管、第三達林頓堆疊管、第四達林頓堆疊管以及與二階矩陣級間平衡網絡和二階矩陣輸出合成網絡相連的饋電網絡，本實用新型核心架構采用第一至第四達林頓堆疊管組成的矩陣放大網絡，考慮了達林頓堆疊管對于矩陣放大網絡中人工傳輸線的影響，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高增益和高功率輸出能力。

技術領域

本實用新型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基于達林頓堆疊管的二階矩陣放大器。

背景技術

隨著擴頻技術、軟件無線電、超寬帶通信、無線局域網(WLAN)等的快速發展，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)寬帶高增益放大能力受限：傳統單晶體管收到增益帶寬積的影響，需要犧牲增益才能獲得超寬帶放大能力，因此，寬帶高增益放大能力受到嚴重的限制。

(2)寬帶高功率放大能力受限：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，電路無法滿足低功耗或者綠色通信需求。

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。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于達林頓堆疊管的二階矩陣放大器，結合了達林頓堆疊管技術和矩陣放大器的優點，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。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于達林頓堆疊管的二階矩陣放大器，其特征在于，包括二階矩陣輸入分配網絡、二階矩陣級間平衡網絡、二階矩陣輸出合成網絡、第一達林頓堆疊管、第二達林頓堆疊管、第三達林頓堆疊管、第四達林頓堆疊管以及與二階矩陣級間平衡網絡和二階矩陣輸出合成網絡相連的饋電網絡；

二階矩陣輸入分配網絡的輸入端為整個基于達林頓堆疊管的二階矩陣放大器的輸入端，其第一輸出端與第一達林頓堆疊管的輸入端連接，其第二輸出端與第二達林頓堆疊管的輸入端連接；

二階矩陣級間平衡網絡的第一端口與饋電網絡的第一輸出端連接，二階矩陣級間平衡網絡的第二端口與第一達林頓堆疊管的輸出端、第三達林頓堆疊管的輸入端同時連接，二階矩陣級間平衡網絡的第三端口與第二達林頓堆疊管的輸出端、第四達林頓堆疊管的輸入端同時連接。