[實用新型]一種基于三極管二堆疊結(jié)構(gòu)的超寬帶放大器

有效

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• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN209488527U
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林倩;鄔海峰;張曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 青海民族大學(xué)
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42;H03F3/213
• 代理公司: 成都創(chuàng)新引擎知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51249
• 代理人: 向群

本實用新型公開了一種基于三極管二堆疊結(jié)構(gòu)的超寬帶放大器，包括二階矩陣輸入分配網(wǎng)絡(luò)、二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)、二階矩陣輸出合成網(wǎng)絡(luò)、第一堆疊晶體管、第二堆疊晶體管、第三堆疊晶體管、第四堆疊晶體管以及與二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)和二階矩陣輸出合成網(wǎng)絡(luò)相連的饋電網(wǎng)絡(luò)，本實用新型核心架構(gòu)采用第一至第四堆疊型晶體管組成的矩陣放大網(wǎng)絡(luò)，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，同時增大了晶體管輸出端的電壓擺幅且具有良好的抗擊穿特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管射頻功率放大器和集成電路領(lǐng)域，特別是針對超寬帶收發(fā)機(jī)末端的發(fā)射模塊應(yīng)用的一種基于三極管二堆疊結(jié)構(gòu)的超寬帶放大器。

背景技術(shù)

隨著擴(kuò)頻技術(shù)、軟件無線電、超寬帶通信、無線局域網(wǎng)(WLAN)等的快速發(fā)展，射頻前端收發(fā)器也向高性能、高集成、低功耗的方向發(fā)展。因此市場迫切的需求發(fā)射機(jī)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(guān)鍵技術(shù)。

然而，當(dāng)采用集成電路工藝設(shè)計實現(xiàn)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(xiàn)：

(1)寬帶高增益放大能力受限：傳統(tǒng)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(yán)重的限制。

(2)寬帶高功率放大能力受限：半導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)的能量損耗導(dǎo)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(jié)構(gòu)有很多，最典型的是傳統(tǒng)分布式放大器，但是，傳統(tǒng)分布式放大器要同時滿足各項參數(shù)的要求十分困難，主要是因為：

①在傳統(tǒng)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(xiàn)，由于單晶體管受到寄生參數(shù)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(jié)構(gòu)，必須要犧牲低頻增益來均衡高頻損耗，導(dǎo)致傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(shè)計難點為：超寬帶下高功率輸出難度較大；傳統(tǒng)單個晶體管結(jié)構(gòu)或Cascode晶體管的分布式放大結(jié)構(gòu)存在很多局限性。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于三極管二堆疊結(jié)構(gòu)的超寬帶放大器，結(jié)合了基于三極管堆疊技術(shù)和矩陣放大器的優(yōu)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(yōu)點。

本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于三極管二堆疊結(jié)構(gòu)的超寬帶放大器，其特征在于，包括二階矩陣輸入分配網(wǎng)絡(luò)、二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)、二階矩陣輸出合成網(wǎng)絡(luò)、第一堆疊晶體管、第二堆疊晶體管、第三堆疊晶體管、第四堆疊晶體管以及與二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)和二階矩陣輸出合成網(wǎng)絡(luò)相連的饋電網(wǎng)絡(luò)；

二階矩陣輸入分配網(wǎng)絡(luò)的輸入端為整個基于三極管二堆疊結(jié)構(gòu)的超寬帶放大器的輸入端，其第一輸出端與第一堆疊晶體管的輸入端連接，其第二輸出端與第二堆疊晶體管的輸入端連接；

二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端口與饋電網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端以及第一、第二堆疊晶體管的饋電端同時連接，二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端口與第一堆疊晶體管的輸出端、第三堆疊晶體管的輸入端同時連接，二階矩陣級間平衡網(wǎng)絡(luò)的第三端口與第二堆疊晶體管的輸出端、第四堆疊晶體管的輸入端同時連接；