[发明专利]射频功率放大器和电流增强驱动器

说明书

一种高功率固态RFPA包括：输出级，该输出级具有功率晶体管；和电流增强驱动器，该电流增强驱动器驱动输出级。电流增强驱动器包括电感器，以及被设置为图腾柱式构造的第一晶体管和第二晶体管。在第一晶体管导通且第二晶体管截止时，电感器向输出级供给第一充电电流，以帮助对输出级中的功率晶体管的输入栅源电容器(Cgs)充电。第一晶体管还提供补充第一充电电流的第二充电电流，从而增强栅源电容器Cgs的充电。相反，驱动器的第一晶体管截止且第二晶体管导通时，第二晶体管提供放电路径，栅源电容器Cgs能够通过该放电路径放电。

关于政府赞助的研究或开发的声明

本发明在代表DARPA的空军研究实验室授予的合同号为FA8750-14-C-0099的政府支持下进行。政府在本发明中具有特定权利。

技术领域

本公开总体涉及高功率固态射频功率放大器(RFPA:High-power solid-stateradio frequency power amplifier)和电流增强驱动器。

背景技术

高功率固态射频功率放大器用于各种各样的应用(包括例如无线通信、干扰、成像、雷达以及RF加热)中。

为了实现高增益，高功率固态RFPA经常被设计为多级。图1是多级高功率固态RFPA100的简化图。高功率固态RFPA 100包括输入级102、驱动器级104、以及高功率输出级106。高功率输出级106的主要目的是将来自其DC电源的DC能量转换成RF能量，从而产生显著高于施加于其输入的RF功率的RF功率。

多级RFPA的效率严重依赖高功率输出级实现快速转换速率的能力。不幸的是，用于多级RFPA的高功率输出级的晶体管必须大，因此不可避免地具有大输入电容。大输入电容使得快速转换速率变得非常难以实现。高功率输出级是消耗大部分功率的RFPA中的级。因此，在大多数应用中，找到使得高功率输出级变得尽可能高效地操作的方式最重要。因为驱动器级控制高功率输出级的操作，所以如何设计驱动器级大幅影响高功率输出级能够多么高效。由于该原因，驱动器级值得特别关注。

发明内容

公开了使用电流增强驱动器的高功率固态射频功率放大器(RFPA)和方法。示例性高功率固态RFPA包括：高功率输出级和电流增强驱动器，该电流增强驱动器被配置为驱动高功率输出级。电流增强驱动器包括被设置为图腾柱式(totem-pole-like)(或推拉状)构造的第一晶体管和第二晶体管(例如，第一和第二氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN-HEMT))，并且还包括联接到电流增强驱动器的输出。在第一晶体管导通ON且第二晶体管截止OFF时，联接到电流增强驱动器的输出的电感器操作为电流源，并且向高功率输出级供给第一充电电流。第一充电电流帮助对高功率输出级的主功率晶体管的输入栅源电容器(Cgs)充电，该主功率晶体管在本发明的一个实施方式中为高功率GaN-HEMT。另外，第一晶体管提供第二充电电流，该第二充电电流与第一充电电流组合并补充第一充电电流，从而增强输入电容器Cgs的充电。相反，在电流增强驱动器的第一晶体管截止且第二晶体管导通时，第二晶体管提供放电路径，输入电容器Cgs通过该放电路径放电。电流增强驱动器对高功率输出级的主功率晶体管的输入电容器(Cgs)快速充电和放电的能力，允许高功率输出级以非常短且对称的升降过渡时间在其输出处产生高幅值漏极电压和高幅值漏极电流。短且对称的升降过渡时间引起高功率输出级中的低功耗，从而提高高功率固态RFPA的总效率，并且允许高功率固态RFPA以非常高的RF输出功率和非常高的输出频率高效操作。

现在将针对附图详细描述包括本发明的以上总结和其他示例性实施方式的详细描述的、本发明的另外特征和优点，在附图中，同样的附图标记用于指示相同或功能上类似的元件。

附图说明

图1是多级高功率固态射频功率放大器(RFPA)的简化图；

图2是根据本发明的实施方式的、具有被配置为驱动高功率输出级的电流增强驱动器的高功率固态RFPA的示意图；