[发明专利]基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器

说明书

技术领域

本发明属于场效应晶体管射频、微波功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器的设计。

背景技术

随着军用与民用通信市场的快速发展，以及超宽带通信与电子战系统的快速革新，射频、微波前端发射系统也向高性能、大带宽、高效率的方向发展；该系统对末端功率放大器的超宽带特性和效率指标提出了严峻的考验，因此市场迫切的需求针对射频、微波前端的超宽带、高效率功率放大器芯片。

然而，在射频、微波频段超宽带、高效率功率放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，具体体现为：

(1)跨倍频程的功率放大器中的超宽带增益特性和超宽带功率特性的设计难度较大，这是由于受到寄生参数以及晶体管特征频率影响，功率放大器的最佳负载阻抗在超宽带范围内变化范围很大，往往是频率越高，最佳负载阻抗模值越低，这就给超宽带匹配网络的设计提出了严峻的考验。

(2)射频、微波频段传统超宽带功率放大器高功率、高增益指标设计难度较大：由于宽带系统的驱使，射频、微波宽带前端发射机迫切需要高增益、高功率的宽带功率放大器，为了覆盖极宽的工作带宽，高频应用电路必须采用栅长较小的半导体工艺晶体管，受到其低击穿电压的影响，功率放大器的电压摆幅将受到较大的限制，因此也就限制了功率晶体管的功率容量；同时为了获得较大的功率，当采用大栅宽尺寸的晶体管时，放大器的增益也收到明显的制约。

典型的宽带功率放大器有分布式、电抗式功率放大器等。但是，传统分布式功率放大器尺寸较大，并且功率和带宽二者相互制约，效率指标也较低，因为设计者往往采用电抗式结构实现高功率宽带特性。在射频、微波频段，传统电抗式功率放大器仍然存在一些设计不足，主要体现在：

(1)传统电抗式匹配结构无法实现宽频通带内高低频率的良好折中。

传统电抗式结构往往在靠近晶体管的输出端采用一阶或者二阶LC高通滤波网络实现阻抗匹配，这样一方面抑制低频增益，改善增益平坦度，另一方面将晶体管的低频输出阻抗降低，更加易于实现宽带阻抗匹配，但是由于LC高通滤波器中的电感L在集成电路中实现时，Q值较低，自谐振频率较低，无法同时满足宽频放大器中最低频和最高频的折中匹配，因此大大限制了放大器的工作带宽。

(2)超宽带频段中的高频、高功率晶体管阻抗匹配难度较大。

超宽带频段中，由于放大器工作在较高的频率，单个晶体管的功率容量有限，设计者为了获得较高的功率容量，往往需要2n倍的功率合成结构，这种结构往往导致输出网络具有很低的最佳负载阻抗，这种低负载阻抗又将导致较高的频率下的阻抗匹配难度加大。

发明内容

本发明的目的提出一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，利用三晶体管堆叠技术、基于复合电抗式LC滤波器的宽带输出匹配技术和宽带均衡技术，实现射频、微波频段超宽带、高增益、高效率等指标。

本发明的技术方案为：基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。

宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端。

双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接。

第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接。

本发明的有益效果是：本发明采用三堆叠晶体管放大网络实现超宽带功率放大器的放大功能，提高了功率放大器的功率增益和功率容量，利用复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络实现高低频增益和输出阻抗匹配的良好折中，同时利用宽带均衡输入匹配网络实现宽带放大器的增益平坦度的控制以及输入阻抗匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的宽带特性，从而提高了电路的稳定性与可靠性。