[发明专利]一种超宽带高功率放大器

说明书

本发明公开了一种超宽带高功率放大器，包括输入人工传输线匹配网络、输入吸收负载、高功率低频放大网络、第一中功率中频放大网络、第二中功率中频放大网络、高功率高频放大网络、输出人工传输线匹配网络和输出吸收负载，本发明结合了单个晶体管结构放大器和分布式放大器的优点，具有超宽带下高功率输出能力、高功率增益、良好的输入、输出匹配特性且成本低等优点，同时避免了大功率功放设计中要面临集成电路工艺的低击穿电压特性，提高了电路的稳定性与可靠性。

技术领域

本发明属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种超宽带高功率放大器的设计。

背景技术

随着电子战、软件无线电、超宽带通信、无线局域网等军用电子对抗与通信、民用通信市场的快速发展，射频前端收发器也向高性能、高集成、低功耗的方向发展。因此市场迫切的需求发射机的射频与微波功率放大器具有超宽带、高输出功率、高效率、低成本等性能，而集成电路正是有望满足该市场需求的关键技术。

然而，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：

（1）高功率高效率放大能力受限：半导体工艺中晶体管的栅长越来越短，由此带来了低击穿电压和高膝点电压，从而限制了单一晶体管的功率容量。为了获得高功率能力，往往需要多路晶体管功率合成，但是由于多路合成网络的能量损耗导致功率放大器的效率比较低，因此高功率、高效率能力较差。

（2）超宽带高功率放大能力受限：为满足高功率指标就需要多个晶体管功率合成，但是多路合成的负载阻抗大大降低，从而导致了很高的阻抗变换比；在高阻抗变换比下，实现宽带特性是极大的挑战。

常见的超宽带高功率放大器的电路结构有很多，最典型的是分布式放大器，但是分布式放大器要同时满足各项参数的要求十分困难，主要是因为：

（1）在传统的分布式功率放大器中，核心放大电路是多个单一场效应晶体管采用分布式放大排列的方式实现，由于单一场效应晶体管其功率增益较低、最佳阻抗偏低、隔离度较差、因此也导致反射特性恶化，从而降低了合成效率；

（2）传统分布式放大器的设计中为了分析简单，往往忽略了密勒电容对于电路的影响，从而导致电路结构设计完后需要大量的工作进行电路调试，耗费了大量的人力物力，降低了电路设计效率；为了降低了密勒效应对于电路的影响，采用Cascode双晶体管分布式放大结构，但是Cascode双晶体管虽然增加了电路隔离度，却无法改善功率增益等指标，也无法实现Cascode双晶体管间的最佳阻抗匹配，从而降低了输出功率特性。

（3）一些新型分布式放大器采用了二堆叠或者三堆叠放大器作为放大单元，这种结构可以改善功率增益，但是实现宽带放大器时堆叠晶体管的高频效率比传统共源或者共射放大器恶化更加显著，高频阻抗匹配和低频阻抗匹配很难达到平衡，往往高频效率损失较大。

由此可以看出，超宽带射频功率放大器设计难点为：超宽带下高功率输出、高功率增益难度较大，宽带高频效率恶化明显；传统单个晶体管结构、Cascode晶体管或者堆叠晶体管的分布式放大结构存在很多局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种超宽带高功率放大器，结合了单个晶体管结构放大器和分布式放大器的优点，具有超宽带下高功率输出能力、高功率增益、良好的输入、输出匹配特性且成本低等优点。