基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。本实用新型专利技术采用三堆叠晶体管放大网络实现超宽带放大器的放大功能，提高了功率放大器的功率增益和功率容量，利用复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络实现功率放大器的超宽带输出匹配，利用宽带均衡输入匹配网络实现功率放大器的超宽带输入匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的宽带增益和宽带功率特性。本实用新型专利技术工作带宽极宽、效率高、增益平坦度好、面积小。

Ultra wideband stacked power amplifier based on compound reactance LC filter network

The utility model discloses an ultra-wideband stacked power amplifier based on a composite reactance LC filter network, which comprises a broadband equalization input matching network, a double-channel three-stack power amplifier network, a composite reactance LC filter broadband output matching network, a first power supply bias network and a second power supply bias network. The utility model adopts a triple stacked transistor amplifier network to realize the amplification function of the ultra-wideband amplifier, improves the power gain and power capacity of the power amplifier, realizes the ultra-wideband output matching of the power amplifier by using the compound reactance LC filter broadband output matching network, and realizes the power by using the broadband balanced input matching network. Ultra-wideband input matching greatly improves the wideband gain and power characteristics of the amplifier while ensuring low insertion loss and high efficiency. The utility model has the advantages of wide working bandwidth, high efficiency, good gain flatness and small area.

【技术实现步骤摘要】
基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器
本技术属于场效应晶体管射频、微波功率放大器和集成电路
，具体涉及一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器的设计。
技术介绍
随着军用与民用通信市场的快速发展，以及超宽带通信与电子战系统的快速革新，射频、微波前端发射系统也向高性能、大带宽、高效率的方向发展；该系统对末端功率放大器的超宽带特性和效率指标提出了严峻的考验，因此市场迫切的需求针对射频、微波前端的超宽带、高效率功率放大器芯片。然而，在射频、微波频段超宽带、高效率功率放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，具体体现为：(1)跨倍频程的功率放大器中的超宽带增益特性和超宽带功率特性的设计难度较大，这是由于受到寄生参数以及晶体管特征频率影响，功率放大器的最佳负载阻抗在超宽带范围内变化范围很大，往往是频率越高，最佳负载阻抗模值越低，这就给超宽带匹配网络的设计提出了严峻的考验。(2)射频、微波频段传统超宽带功率放大器高功率、高增益指标设计难度较大：由于宽带系统的驱使，射频、微波宽带前端发射机迫切需要高增益、高功率的宽带功率放大器，为了覆盖极宽的工作带宽，高频应用电路必须采用栅长较小的半导体工艺晶体管，受到其低击穿电压的影响，功率放大器的电压摆幅将受到较大的限制，因此也就限制了功率晶体管的功率容量；同时为了获得较大的功率，当采用大栅宽尺寸的晶体管时，放大器的增益也收到明显的制约。典型的宽带功率放大器有分布式、电抗式功率放大器等。但是，传统分布式功率放大器尺寸较大，并且功率和带宽二者相互制约，效率指标也较低，因为设计者往往采用电抗式结构实现高功率宽带特性。在射频、微波频段，传统电抗式功率放大器仍然存在一些设计不足，主要体现在：(1)传统电抗式匹配结构无法实现宽频通带内高低频率的良好折中。传统电抗式结构往往在靠近晶体管的输出端采用一阶或者二阶LC高通滤波网络实现阻抗匹配，这样一方面抑制低频增益，改善增益平坦度，另一方面将晶体管的低频输出阻抗降低，更加易于实现宽带阻抗匹配，但是由于LC高通滤波器中的电感L在集成电路中实现时，Q值较低，自谐振频率较低，无法同时满足宽频放大器中最低频和最高频的折中匹配，因此大大限制了放大器的工作带宽。(2)超宽带频段中的高频、高功率晶体管阻抗匹配难度较大。超宽带频段中，由于放大器工作在较高的频率，单个晶体管的功率容量有限，设计者为了获得较高的功率容量，往往需要2n倍的功率合成结构，这种结构往往导致输出网络具有很低的最佳负载阻抗，这种低负载阻抗又将导致较高的频率下的阻抗匹配难度加大。
技术实现思路
本技术的目的提出一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，利用三晶体管堆叠技术、基于复合电抗式LC滤波器的宽带输出匹配技术和宽带均衡技术，实现射频、微波频段超宽带、高增益、高效率等指标。本技术的技术方案为：基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端。双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接。第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接。本技术的有益效果是：本技术采用三堆叠晶体管放大网络实现超宽带功率放大器的放大功能，提高了功率放大器的功率增益和功率容量，利用复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络实现高低频增益和输出阻抗匹配的良好折中，同时利用宽带均衡输入匹配网络实现宽带放大器的增益平坦度的控制以及输入阻抗匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的宽带特性，从而提高了电路的稳定性与可靠性。进一步地，宽带均衡输入匹配网络包括宽带均衡器电路，宽带均衡器电路的输入端为宽带均衡输入匹配网络的输入端，其输出端依次串联电容Cin2和电感Lin3，电感Lin3的另一端分别连接接地电容Cin3、微带线TLinu的一端以及微带线TLinw的一端，微带线TLinu的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第一输出端，微带线TLinw的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第二输出端。宽带均衡器电路包括电阻Rin1、电阻Rin2、电阻Rin3、电容Cin1、接地电感Lin1以及接地电感Lin2；电阻Rin1的一端、电容Cin1的一端以及电阻Rin2的一端相连作为宽带均衡器电路的输入端，电阻Rin1的另一端、电容Cin1的另一端以及电阻Rin3的一端相连作为宽带均衡器电路的输出端，电阻Rin2的另一端连接接地电感Lin1，电阻Rin3的另一端连接接地电感Lin2。上述进一步方案的有益效果为：本技术提供的宽带均衡输入匹配网络与传统输入LC匹配网络有明显不同，宽带均衡输入匹配网络是主要利用电阻、电容、电感所构成的宽带均衡器电路实现信号均衡和宽带匹配的，宽带均衡器电路的原理可以理解为低频降低输入阻抗，高频提升输入阻抗，从而实现阻抗匹配；而传统输入LC匹配是采用常规L型的电感电容实现阻抗变换的方式完成宽带输入匹配的。进一步地，双路三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管；顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管的尺寸相同。第一路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输入端。第二路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路。每个中间层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输入端。补偿电路包括串联的栅极稳定电阻和栅极补偿电容，栅极补偿电容的另一端接地。上述进一步方案的有益效果为：本技术中核心放大器架构采用三堆叠放大网络，只需要采用一级三堆叠放大结构，就可以提升3～5dB的功率增益，从而大大简化了电路复杂度。同时，因为三堆叠放大网络的输出阻抗比传统共源放大器高，所以双路三堆叠功率放大网络也可以采用2n倍并联的多路堆叠放大器结构，仍可以保证相对较高的输出负载阻抗。除此之外，三堆叠放大网络的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络；所述宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，所述复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个所述功率放大器的输出端；所述双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接；所述第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；所述第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接。

【技术特征摘要】
1.基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络；所述宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，所述复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个所述功率放大器的输出端；所述双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接；所述第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；所述第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接。2.根据权利要求1所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述宽带均衡输入匹配网络包括宽带均衡器电路，所述宽带均衡器电路的输入端为宽带均衡输入匹配网络的输入端，其输出端依次串联电容Cin2和电感Lin3，所述电感Lin3的另一端分别连接接地电容Cin3、微带线TLinu的一端以及微带线TLinw的一端，所述微带线TLinu的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第一输出端，所述微带线TLinw的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第二输出端。3.根据权利要求2所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述宽带均衡器电路包括电阻Rin1、电阻Rin2、电阻Rin3、电容Cin1、接地电感Lin1以及接地电感Lin2；所述电阻Rin1的一端、电容Cin1的一端以及电阻Rin2的一端相连作为宽带均衡器电路的输入端，所述电阻Rin1的另一端、电容Cin1的另一端以及电阻Rin3的一端相连作为宽带均衡器电路的输出端，所述电阻Rin2的另一端连接接地电感Lin1，所述电阻Rin3的另一端连接接地电感Lin2。4.根据权利要求1所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述双路三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，所述第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路所述堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管；所述顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管的尺寸相同；所述第一路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输入端；所述第二路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输入端；所述补偿电路包括串联的栅极稳定电阻和栅极补偿电容，所述栅极补偿电容的另一端接地。5.根据权利要求4所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络包括对称设置的第一复合电抗式LC电路和第二复合电抗式LC电路；所述第一复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1u后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端，所述第一复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4u和微带线TLout5u，所述第二复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1w后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端，所述第二复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TL...

【专利技术属性】
技术研发人员：滑育楠，邬海峰，廖学介，王测天，陈依军，胡柳林，吕继平，童伟，吴曦，杨云婷，
申请(专利权)人：成都嘉纳海威科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：四川,51