[发明专利]一种高输出功率宽带功率放大器

说明书

一种高输出功率宽带功率放大器，设有输入匹配单元、放大单元、输出匹配单元以及滤波单元。输入匹配单元采用6阶LC阻抗匹配，将50欧姆源阻抗变换到放大单元输入阻抗共轭，放大单元采用级间中和电感改善电路带宽，输出匹配单元通过开关切换实现双频带功率提升，滤波单元使用谐振在工作频段内的去耦电容消除焊盘寄生参数对电路的影响。

技术领域

本发明涉及功率放大器,尤其涉及一种高输出功率宽带功率放大器，属于射频技术领域。

背景技术

功率放大器是具有高输出功率的放大器，一般用作各类无线电发射机的末级放大电路，对于几乎所有的射频发射机系统，必不可少的一个模块就是功率放大器。由于功放之前的发射机电路输出功率较低，因此希望功率放大器有足够的功率增益避免线性度受到前级电路的影响，并在此基础上进一步提高输出功率。

堆叠结构放大器广泛应用于功率放大器的设计中，主要原因是具有较高的电压摆幅，可有效提高输出功率，传统的堆叠结构放大器电路如图1所示，射频信号经过输入匹配网络后由晶体管T1的基极输入，通过调整堆叠晶体管的层数可有效提高电压摆幅。通过调整晶体管T1基极偏压可以改变功放的导通角和增益。通过调整晶体管T2、T3、T4的宽度来改变功放有源区的输出阻抗。通过电容C3、C4和电感L3构成的输出阻抗匹配网络以增强功放的输出功率。该结构具有高输出功率和高增益的特点。但是，传统的共栅结构放大器有以下缺点：

第一是带宽窄，传统的功率放大器的输入输出匹配网络均为窄带匹配，可实现某一频点的功率增强和阻抗匹配，但其增益和输出功率性能会随着频率偏移匹配点而急剧恶化。堆叠结构本身输出阻抗随频率急剧降低，使得电路带宽较窄。

第二是高频增益低，传统的堆叠结构功率放大器的增益很大程度上取决于电路输出阻抗大小，而堆叠结构本身输出阻抗随频率急剧降低，同时晶体管发射极和集电极到底寄生电容会分流射频信号到地，使得电路高频增益下降明显。

第三是高频隔离度差，由于传统的堆叠结构功率放大器中存在NPN晶体管集电极到发射极寄生电容，这将导致输出端信号返回到输入端，难以满足系统对隔离度指标的要求。

发明内容

本发明的目的是为克服传统的堆叠结构功率放大器的不足，提供一种高增益宽带功率放大器，可采用SiGe BiCMOS工艺以及其它硅基工艺或三五族工艺制成芯片，能在保证输出功率特性基础上，尽可能提高电路功率增益带宽并保证隔离度满足设计，在射频电路中具有较大优势，设计结构简单，保证宽带输出功率的同时，具有较大的增益带宽与输入匹配带宽。

本发明采取的技术方案如下：一种高输出功率宽带功率放大器，包括输入匹配单元、放大单元、输出匹配单元和滤波单元，输入匹配单元将欧姆源阻抗变换到放大单元需要的输入阻抗上，滤波单元对电源端进行滤波，提供放大单元的偏置，放大单元采用堆叠结构将信号进行放大，经输出匹配单元阻抗匹配后输出；输入匹配单元的输入端连接射频输入信号RFin，输入匹配单元的输出和滤波单元的输出分别连接放大单元的输入端，放大单元的输出连接输出匹配单元的输入端，输出匹配单元输出放大后的射频信号RFout；

其特征在于：输出匹配单元包括电容C12、电感L10、NMOS管M1和电阻R5，电容C12的一端作为输出匹配单元的输入端连接放大单元的输出端，电容C12的另一端连接电感L10的一端并作为输出匹配单元的输出端输出放大后的射频信号RFout，电感L10的另一端接地，电感L10的滑动抽头连接NMOS管M1的漏极，NMOS管M1的源极接地，NMOS管M1的栅极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接控制信号Vctrl，当控制信号Vctrl为低电平时，NMOS管M1关断，使电感L10的滑动抽头接高阻，电感L10的等效到地电感量与电感L10本身电感值相同，输出匹配单元的匹配频段处于低频段，满足低频段功率增强的需求；当控制信号Vctrl为高电平时，NMOS管M1导通，使电感L10的滑动抽头接地，电感L10的等效到地电感量减小，输出匹配单元的匹配频段向高频段偏移，满足高频段功率增强的需求，通过控制信号Vctrl能够改变输出匹配单元的输出阻抗，实现不同频率的宽带功率增强。