[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

本發明公開了一種超寬帶高功率放大器，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，本發明結合了單個晶體管結構放大器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，同時避免了大功率功放設計中要面臨集成電路工藝的低擊穿電壓特性，提高了電路的穩定性與可靠性。

技術領域

本發明屬于場效應晶體管射頻功率放大器和集成電路技術領域，具體涉及一種超寬帶高功率放大器的設計。

背景技術

隨著電子戰、軟件無線電、超寬帶通信、無線局域網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柵長越來越短，由此帶來了低擊穿電壓和高膝點電壓，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，最典型的是分布式放大器，但是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一場效應晶體管采用分布式放大排列的方式實現，由于單一場效應晶體管其功率增益較低、最佳阻抗偏低、隔離度較差、因此也導致反射特性惡化，從而降低了合成效率；

（2）傳統分布式放大器的設計中為了分析簡單，往往忽略了密勒電容對于電路的影響，從而導致電路結構設計完后需要大量的工作進行電路調試，耗費了大量的人力物力，降低了電路設計效率；為了降低了密勒效應對于電路的影響，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，卻無法改善功率增益等指標，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。

（3）一些新型分布式放大器采用了二堆疊或者三堆疊放大器作為放大單元，這種結構可以改善功率增益，但是實現寬帶放大器時堆疊晶體管的高頻效率比傳統共源或者共射放大器惡化更加顯著，高頻阻抗匹配和低頻阻抗匹配很難達到平衡，往往高頻效率損失較大。

由此可以看出，超寬帶射頻功率放大器設計難點為：超寬帶下高功率輸出、高功率增益難度較大，寬帶高頻效率惡化明顯；傳統單個晶體管結構、Cascode晶體管或者堆疊晶體管的分布式放大結構存在很多局限性。

發明內容

本發明的目的是提供一種超寬帶高功率放大器，結合了單個晶體管結構放大器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。