[实用新型]一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器

说明书

本实用新型公开了一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器，包括输入匹配网络、第一栅源反馈堆叠放大网络、第二栅源反馈堆叠放大网络、自偏分压网络和输出匹配网络。本实用新型采用栅源反馈堆叠放大网络，遏制了传统晶体管堆叠结构放大器在毫米波出现的不稳定现象，使得栅源反馈堆叠放大器可以实现良好的功率和效率匹配，同时还可以兼顾阻抗匹配，具有效率高、输出功率高、功率增益高、面积小等优点。

技术领域

本实用新型属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器的设计。

背景技术

随着宽带数字传输、高速卫星通信等需求的卫星通信市场的快速发展，射频前端收发器也要求随之向高集成、低功耗、结构紧凑、价格低廉的方向发展。

射频与微波功率放大器作为发射机的重要模块，是整个发射机中耗能最多的电路，其输出功率要求比较高，当采用集成电路工艺设计实现射频与微波功率放大器芯片电路时，其性能和成本受到了一定制约，主要体现在以下几方面：

(1)高功率高效率放大能力受限：随着半导体工艺的发展和晶体管尺寸等比例缩小的趋势，晶体管的栅长越来越短，导致了击穿电压的降低和膝点电压的升高，从而限制了晶体管漏极输出电压摆幅，进而限制了单一晶体管的功率容量，同时受到寄生参数的影响，毫米波的晶体管增益也大大受限。

(2)低成本高功率放大能力受限：随着第三代半导体工艺的发展，传统的GaAs工艺保持低成本优势的同时，也需要迫切地提升功率输出能力；而第三代半导体GaN芯片在毫米波的应用越来越广，也需要迫切地降低成本。

目前，常见的宽带高效率、高功率的放大器的电路结构有很多，要想同时满足各项参数的要求十分困难，通常，其高功率指标必然带来效率指标的恶化，同时增加功耗或芯片面积等为代价来获得的。

由此可以看出，基于集成电路工艺的毫米波宽带高效率、高功率放大器的设计难点为：(1)毫米波超宽带高功率输出难度较大；(2)毫米波高功率增益难度较大；(3)毫米波传统方法设计的芯片面积较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器，具有高功率输出能力、高功率增益、良好的输入输出匹配特性、芯片面积小且成本低等优点。

本实用新型的技术方案为：一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器，包括输入匹配网络、第一栅源反馈堆叠放大网络、第二栅源反馈堆叠放大网络、自偏分压网络和输出匹配网络；输入匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，其第一输出端与第一栅源反馈堆叠放大网络的输入端连接，其第二输出端与第二栅源反馈堆叠放大网络的输入端连接；输出匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端，其第一输入端与第一栅源反馈堆叠放大网络的输出端连接，其第二输入端与第二栅源反馈堆叠放大网络的输出端连接；自偏分压网络分别与第一栅源反馈堆叠放大网络、第二栅源反馈堆叠放大网络以及输出匹配网络连接。

其中，第一栅源反馈堆叠放大网络和第二栅源反馈堆叠放大网络为有源放大网络，输入匹配网络、输出匹配网络和自偏分压网络为无源网络。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用栅源反馈堆叠放大网络，遏制了传统晶体管堆叠结构放大器在毫米波出现的不稳定现象，使得栅源反馈堆叠放大器可以实现良好的功率和效率匹配，同时还可以兼顾阻抗匹配，此外保留了堆叠结构放大器的优势，如节省芯片面积，实现良好的宽带功率输出能力和功率增益能力，避免了集成电路工艺的低击穿电压特性，提高电路的稳定性与可靠性。