[發明專利]一種超寬帶高功率放大器

有效

• 申請號: 202011033117.1
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN111934632B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 鄔海峰;王測天;易永欣;呂繼平;胡柳林;童偉;陳依軍
• 申請（專利權）人: 成都嘉納海威科技有限責任公司
• 主分類號: H03F3/24
• 分類號: H03F3/24;H03F1/56;H03F1/42;H03F1/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 代維凡

1.一種超寬帶高功率放大器，其特征在于，包括輸入人工傳輸線匹配網絡、輸入吸收負載、高功率低頻放大網絡、第一中功率中頻放大網絡、第二中功率中頻放大網絡、高功率高頻放大網絡、輸出人工傳輸線匹配網絡和輸出吸收負載；

所述輸入人工傳輸線匹配網絡的輸入端為超寬帶高功率放大器的射頻輸入端，其第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端分別與高功率低頻放大網絡的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端一一對應連接，其第四輸出端、第五輸出端和第六輸出端分別與第一中功率中頻放大網絡的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端一一對應連接，其第七輸出端、第八輸出端和第九輸出端分別與第二中功率中頻放大網絡的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端一一對應連接，其第十輸出端、第十一輸出端和第十二輸出端分別與高功率高頻放大網絡的第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端一一對應連接；

所述輸出人工傳輸線匹配網絡的輸出端為超寬帶高功率放大器的射頻輸出端，其第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端分別與高功率低頻放大網絡的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端一一對應連接，其第四輸入端、第五輸入端和第六輸入端分別與第一中功率中頻放大網絡的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端一一對應連接，其第七輸入端、第八輸入端和第九輸入端分別與第二中功率中頻放大網絡的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端一一對應連接，其第十輸入端、第十一輸入端和第十二輸入端分別與高功率高頻放大網絡的第一輸出端、第二輸出端和第三輸出端一一對應連接；

所述輸入吸收負載與輸入人工傳輸線匹配網絡連接，所述輸出吸收負載與輸出人工傳輸線匹配網絡連接；

所述輸入人工傳輸線匹配網絡包括依次串聯的電容C₁、電感L₁、電感L₂、電感L₃、電感L₄、電感L₅、電感L₆、電感L₇、電感L₈、電感L₉、電感L₁₀、電感L₁₁、電感L₁₂和電感L₁₃；

所述電容C₁的一端與電感L₁連接，其另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的輸入端；

所述電感L₁和電感L₂的連接節點還與電容C₂的一端連接，所述電容C₂的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第一輸出端，所述電感L₂和電感L₃的連接節點作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第二輸出端，所述電感L₃和電感L₄的連接節點還與電容C₃的一端連接，所述電容C₃的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第三輸出端；

所述電感L₄和電感L₅的連接節點還與電容C₄的一端連接，所述電容C₄的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第四輸出端，所述電感L₅和電感L₆的連接節點作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第五輸出端，所述電感L₆和電感L₇的連接節點還與電容C₅的一端連接，所述電容C₅的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第六輸出端；

所述電感L₇和電感L₈的連接節點還與電容C₆的一端連接，所述電容C₆的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第七輸出端，所述電感L₈和電感L₉的連接節點作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第八輸出端，所述電感L₉和電感L₁₀的連接節點還與電容C₇的一端連接，所述電容C₇的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第九輸出端；

所述電感L₁₀和電感L₁₁的連接節點還與電容C₈的一端連接，所述電容C₈的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第十輸出端，所述電感L₁₁和電感L₁₂的連接節點作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第十一輸出端，所述電感L₁₂和電感L₁₃的連接節點還與電容C₉的一端連接，所述電容C₉的另一端作為輸入人工傳輸線匹配網絡的第十二輸出端；

所述電感L₁₃的一端與電感L₁₂連接，其另一端與輸入吸收負載連接；

所述高功率低頻放大網絡包括第一路四堆疊功率放大結構和第二路四堆疊功率放大結構；

所述第一路四堆疊功率放大結構包括依次按照源極-漏極相連堆疊構成的頂層晶體管M₁、中間層晶體管M₂、中間層晶體管M₃以及底層晶體管M₄，所述底層晶體管M₄的源極接地，其柵極與電阻R₅的一端連接，并作為高功率低頻放大網絡的第一輸入端，所述中間層晶體管M₃的柵極分別與電阻R₄的一端以及接地電容C₁₄連接，所述中間層晶體管M₂的柵極分別與電阻R₃的一端以及接地電容C₁₃連接，所述頂層晶體管M₁的柵極分別與電阻R₂的一端以及接地電容C₁₂連接，其漏極作為高功率低頻放大網絡的第一輸出端；

所述第二路四堆疊功率放大結構包括依次按照源極-漏極相連堆疊構成的頂層晶體管M₅、中間層晶體管M₆、中間層晶體管M₇以及底層晶體管M₈，所述底層晶體管M₈的源極接地，其柵極與電阻R₉的一端連接，并作為高功率低頻放大網絡的第三輸入端，所述中間層晶體管M₇的柵極分別與電阻R₈的一端以及接地電容C₁₇連接，所述中間層晶體管M₆的柵極分別與電阻R₇的一端以及接地電容C₁₆連接，所述頂層晶體管M₅的柵極分別與電阻R₆的一端以及接地電容C₁₅連接，其漏極作為高功率低頻放大網絡的第三輸出端；

所述電阻R₅的另一端分別與電阻R₉的另一端、電阻R₁₂的一端以及電阻R₁₃的一端連接，所述電阻R₁₃的另一端作為高功率低頻放大網絡的第二輸入端，所述電阻R₄的另一端分別與電阻R₈的另一端、電阻R₁₂的另一端以及電阻R₁₁的一端連接，所述電阻R₃的另一端分別與電阻R₇的另一端、電阻R₁₁的另一端以及電阻R₁₀的一端連接，所述電阻R₂的另一端分別與電阻R₆的另一端以及電阻R₁₀的另一端連接，并作為高功率低頻放大網絡的第二輸出端；

所述第一中功率中頻放大網絡包括第一路三堆疊功率放大結構和第二路三堆疊功率放大結構；

所述第一路三堆疊功率放大結構包括依次按照源極-漏極相連堆疊構成的頂層晶體管M₉、中間層晶體管M₁₀以及底層晶體管M₁₁，所述底層晶體管M₁₁的源極接地，其柵極與電阻R₁₆的一端連接，并作為第一中功率中頻放大網絡的第一輸入端，所述中間層晶體管M₁₀的柵極分別與電阻R₁₅的一端以及接地電容C₁₉連接，所述頂層晶體管M₉的柵極分別與電阻R₁₄的一端以及接地電容C₁₈連接，其漏極作為第一中功率中頻放大網絡的第一輸出端；

所述第二路三堆疊功率放大結構包括依次按照源極-漏極相連堆疊構成的頂層晶體管M₁₂、中間層晶體管M₁₃以及底層晶體管M₁₄，所述底層晶體管M₁₄的源極接地，其柵極與電阻R₁₉的一端連接，并作為第一中功率中頻放大網絡的第三輸入端，所述中間層晶體管M₁₃的柵極分別與電阻R₁₈的一端以及接地電容C₂₁連接，所述頂層晶體管M₁₂的柵極分別與電阻R₁₇的一端以及接地電容C₂₀連接，其漏極作為第一中功率中頻放大網絡的第三輸出端；

所述電阻R₁₆的另一端分別與電阻R₁₉的另一端、電阻R₂₁的一端以及電阻R₂₂的一端連接，所述電阻R₂₂的另一端作為第一中功率中頻放大網絡的第二輸入端，所述電阻R₁₅的另一端分別與電阻R₁₈的另一端、電阻R₂₁的另一端以及電阻R₂₀的一端連接，所述電阻R₁₄的另一端分別與電阻R₁₇的另一端以及電阻R₂₀的另一端連接，并作為第一中功率中頻放大網絡的第二輸出端；

所述第二中功率中頻放大網絡包括第一路二堆疊功率放大結構和第二路二堆疊功率放大結構；

所述第一路二堆疊功率放大結構包括依次按照源極-漏極相連堆疊構成的頂層晶體管M₁₅和底層晶體管M₁₆，所述底層晶體管M₁₆的源極接地，其柵極與電阻R₂₄的一端連接，并作為第二中功率中頻放大網絡的第一輸入端，所述頂層晶體管M₁₅的柵極分別與電阻R₂₃的一端以及接地電容C₂₂連接，其漏極作為第二中功率中頻放大網絡的第一輸出端；

所述第二路二堆疊功率放大結構包括依次按照源極-漏極相連堆疊構成的頂層晶體管M₁₇和底層晶體管M₁₈，所述底層晶體管M₁₈的源極接地，其柵極與電阻R₂₆的一端連接，并作為第二中功率中頻放大網絡的第三輸入端，所述頂層晶體管M₁₇的柵極分別與電阻R₂₅的一端以及接地電容C₂₃連接，其漏極作為第二中功率中頻放大網絡的第三輸出端；

所述電阻R₂₄的另一端分別與電阻R₂₆的另一端、電阻R₂₇的一端以及電阻R₂₈的一端連接，所述電阻R₂₈的另一端作為第二中功率中頻放大網絡的第二輸入端，所述電阻R₂₃的另一端分別與電阻R₂₅的另一端以及電阻R₂₇的另一端連接，并作為第二中功率中頻放大網絡的第二輸出端；

所述高功率高頻放大網絡包括晶體管M₁₉和晶體管M₂₀，所述晶體管M₁₉的源極接地，其柵極與電阻R₂₉的一端連接，并作為高功率高頻放大網絡的第一輸入端，其漏極作為高功率高頻放大網絡的第一輸出端，所述晶體管M₂₀的源極接地，其柵極與電阻R₃₀的一端連接，并作為高功率高頻放大網絡的第三輸入端，其漏極作為高功率高頻放大網絡的第三輸出端，所述電阻R₂₉的另一端分別與電阻R₃₀的另一端以及電阻R₃₁的一端連接，并作為高功率高頻放大網絡的第二輸出端，所述電阻R₃₁的另一端作為高功率高頻放大網絡的第二輸入端；

所述輸出人工傳輸線匹配網絡包括依次串聯的電感L₁₆、電感L₁₇、電感L₁₈、電感L₁₉、電容C₂₇、電感L₂₁、電感L₂₂、電感L₂₃、電容C₃₀、電感L₂₅、電感L₂₆、電感L₂₇、電容C₃₃、電感L₂₉、電感L₃₀、電感L₃₁和電容C₃₆；

所述電感L₁₆的一端與電感L₁₇連接，并作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第一輸入端，其另一端分別與接地電容C₂₅以及高壓偏置電源V_d1連接，所述電感L₁₇和電感L₁₈的連接節點還分別與電阻R₃₃的一端以及接地電容C₂₅連接，所述電阻R₃₃的另一端作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第二輸入端，所述電感L₁₈和電感L₁₉的連接節點作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第三輸入端；

所述電容C₂₇和電感L₂₁的連接節點還與電感L₂₀的一端連接，并作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第四輸入端，所述電感L₂₀的另一端分別與接地電容C₂₈以及高壓偏置電源V_d2連接，所述電感L₂₁和電感L₂₂的連接節點還分別與電阻R₃₄的一端以及接地電容C₂₉連接，所述電阻R₃₄的另一端作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第五輸入端，所述電感L₂₂和電感L₂₃的連接節點作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第六輸入端；

所述電容C₃₀和電感L₂₅的連接節點還與電感L₂₄的一端連接，并作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第七輸入端，所述電感L₂₄的另一端分別與接地電容C₃₁以及高壓偏置電源V_d3連接，所述電感L₂₅和電感L₂₆的連接節點還分別與電阻R₃₅的一端以及接地電容C₃₂連接，所述電阻R₃₅的另一端作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第八輸入端，所述電感L₂₆和電感L₂₇的連接節點作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第九輸入端；

所述電容C₃₃和電感L₂₉的連接節點還與電感L₂₈的一端連接，并作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第十輸入端，所述電感L₂₈的另一端分別與接地電容C₃₄以及高壓偏置電源V_d4連接，所述電感L₂₉和電感L₃₀的連接節點還分別與電阻R₃₆的一端以及接地電容C₃₅連接，所述電阻R₃₆的另一端作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第十一輸入端，所述電感L₃₀和電感L₃₁的連接節點作為輸出人工傳輸線匹配網絡的第十二輸入端；

所述電容C₃₆的一端與電感L₃₁連接，其另一端作為輸出人工傳輸線匹配網絡的輸出端。