[发明专利]一种带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构

说明书

本发明属于无线通信技术领域，涉及无线通讯系统中的放大器，具体提供一种带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构，用以解决现有高频工作下(尤其是毫米波、太赫兹波段)放大器功率增益不足的问题。本发明包括带串联型有损嵌入式网络的共源放大器与Y/Z型LLREN，带串联型有损嵌入式网络的共源放大器由放大器、电阻R_s与90^°传输线构成；在传统放大器构成的二端口网络下，通过引入一个串联型有损嵌入式网络有效的提高放大器的单向功率增益U，同时，结合过中和化技术，加入Y/Z型LLREN，显著提高放大器的最大可用增益G_ma，使得最终放大器结构的功率增益得到显著提高。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及无线通讯系统中的放大器，具体提供一种用于提升功率增益的带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构。

背景技术

毫米波及太赫兹通信系统，能提供大的通信容量，更快的通信速度，得到更多人的关注；但同时，逐渐增加的工作频率对无线射频前端系统的设计带来了挑战。对于射频系统中的放大器，功率增益是一个很重要的参数指标，其标志了放大器的信号放大能力；而作为放大器中的核心部分：晶体管而言，有两个指标指示了晶体管随频率变化的放大能力，一个是最高截止频率(f_t)，一个是最高振荡频率(f_max)；其中，最高振荡频率定义了，当晶体管工作在这个频率时，功率增益会变成1。进一步的，放大器主要功率增益指标包括最大可用增益G_ma及单向功率增益U，其中，最大可用增益G_ma表示当稳定性因子K_f大于等于1时、放大器实现输入输出共轭匹配时小信号功率增益能达到的最高值；单向功率增益U表示当放大器的Y参数中Y12接近0时，也就是放大器单向化最明显的时候的晶体管的功率增益，此时G_ma＝U。

在文献“A Study of Operating Condition and Design Methods to Achievethe Upper Limit of Power Gain in Amplifiers at Near-fmax Frequencies”(Z.Wang,P.Heydari,IEEE TCAS-I,vol.64,no.2,pp.261-271,2017)中利用过中和化技术使最大可用增益G_ma提高了将近5dB，在文献中，通过在一个给定的单向功率增益U的情况下，对放大器引入外加的Y/Z型LLREN(Lossless,linear and reciprocal embedded network无损、线性且互易的嵌入式网络)的时候，可以在保持U不变的情况下，使G_ma最后能达到的上限值为有效地提高最大可用增益G_ma。但是，可以看出，G_ma的理论上限值仍然受U的限制，而且当放大器的工作频率逐渐升高，接近f_max的时候，U会急剧下降；因此，如果有一种能提高工作频率下的单向功率增益的技术，将有效地解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构，用以解决现有高频工作下(尤其是毫米波、太赫兹波段)放大器功率增益不足的问题。本发明在传统放大器构成的二端口网络下，通过引入一个串联型有损嵌入式网络，在满足预设条件下，提高单向功率增益；并基于此，采用Y/Z型LLREN进一步提高最大可用增益G_ma，使得放大器的功率增益得到有效提高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：