一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，包括分布式堆叠型达林顿管放大网络、堆叠型达林顿管输入分配网络、堆叠型达林顿管输出合成网络，本发明专利技术核心架构采用分布式堆叠型达林顿管放大网络，该放大网络至少由三个基于堆叠技术的分布式堆叠型达林顿管组成，同时，本发明专利技术考虑了二晶体管堆叠结构的堆叠型达林顿管对于人工传输线的等效电容的影响，大大提高了电路设计的精确性，降低了电路后期调试的难度，使得整个功率放大器获得了良好的宽带功率输出能力和功率增益能力，提高电路的稳定性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器
本专利技术涉及异质结双极性晶体管射频功率放大器和集成电路领域，特别是针对超宽带收发机末端的发射模块应用的一种高效率、高输出功率、高增益的分布式功率放大器。
技术介绍
随着电子战、软件无线电、超宽带通信、无线局域网(WLAN)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特征频率越来越高，由此带来了低击穿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，最典型的是传统分布式放大器，但是，传统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晶体管采用分布式放大排列的方式实现，由于单晶体管受到寄生参数的影响，随着工作频率升高时，其功率增益会显著降低、同时功率特性等也会显著恶化，因此为了获得超宽带平坦的放大结构，必须要牺牲低频增益来均衡高频损耗，导致传统分布式放大器的超宽带增益很低；②为了提高放大器增益提高隔离度的影响，也有采用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，却无法增益随频率显著恶化的趋势，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。由此可以看出，基于集成电路工艺的超宽带射频功率放大器设计难点为：超宽带下高功率输出难度较大；传统单个晶体管结构或Cascode晶体管的分布式放大结构存在很多局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，结合了基于三极管堆叠技术的达林顿晶体管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。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，其特征在于，包括分布式堆叠型达林顿管放大网络、堆叠型达林顿管输入分配网络、堆叠型达林顿管输出合成网络，分布式堆叠型达林顿管放大网络由k个二晶体管堆叠结构的堆叠型达林顿管结构组成，其中k大于等于3。堆叠型达林顿管输入分配网络的输入端为整个所述基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器的输入端，其k个输出端分别与分布式堆叠型达林顿管放大网络中的k个堆叠型达林顿管的输入端连接；堆叠型达林顿管输出合成网络的输出端为整个所述基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器的输出端，其k个输入端分别与分布式堆叠型达林顿管放大网络中的k个堆叠型达林顿管的输出端连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术核心架构采用分布式基于堆叠技术的堆叠型达林顿管放大网络，该放大网络至少由三个堆叠型达林顿管组成，堆叠型达林顿管按照单个共射晶体管复合二堆叠晶体管的结构构成，同时，本专利技术考虑了基于堆叠技术的堆叠型达林顿管对于人工传输线的等效电容的影响，提高了电路设计的精确性，降低了电路后期调试的难度，使得整个功率放大器获得了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。进一步地，堆叠型达林顿管输入分配网络包括依次串联的电感Lb1、Lb2至Lbk+1、隔直电容Cbload和负载电阻Rbload，负载电阻Rbload一端与隔直电容Cbload连接同时另一端接地,电感Lb1一端与Lb2连接同时另一端为堆叠型达林顿管输入分配网络的输入端，电感Lbj与Lbj+1的k个连接节点为堆叠型达林顿管输入分配网络的k个输出端，其中j＝1,2…k。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术采用的堆叠型达林顿管输入分配网络除了能实现输入射频信号的分布式功率分配外，还能对射频输入信号进行阻抗匹配并提高电路的稳定性。进一步地，分布式堆叠型达林顿管放大网络包含k个堆叠型达林顿管，第j个堆叠型达林顿管中隔直电容Cij串联共射管Qfj的基极，其中j＝1,2…k，Cij一端与Qfj基极连接同时另一端为所述第j个堆叠型达林顿管的输入端，共射管Qfj的发射极串联电阻Rbj后连接到地，Qfj的发射极与串联电阻Rbj的连接节点上还连接了晶体管Qsj的基极，Qfj的集电极连接自偏三极管Qmj的发射极，自偏三极管Qmj的基极与集电极连接后，串联馈电电阻Rmj，Rmj一端与自偏三极管Qmj连接同时另一端连接到偏置电压VCC1，共射管Qfj的基极与隔直电容Cij的连接节点上还并联了偏置电阻Ruj和Rdj，Ruj一端与共射管Qfj连接同时另一端连接到偏置电压VCC1，Rdj一端与共射管Qfj连接同时另一端连接到地；二堆叠晶体管Qsj与Qtj按照Qsj集电极连接Qtj发射极的堆叠形式构成，Qsj的发射极接地，Qtj的集电极作为第j个堆叠型达林顿管的输出端，Qtj的基极还串联了补偿RC网络，补偿RC网络由稳定电阻Rtj和堆叠匹配电容Ctj串联构成，堆叠匹配电容Ctj另一端接地，稳定电阻Rtj和堆叠匹配电容Ctj的连接节点还连接自偏三极管Qrj的发射极，自偏三极管Qrj的基极与集电极连接后，串联馈电电阻Rrj，Rrj一端与自偏三极管Qrj连接同时另一端连接到偏置电压VCC1。上述进一步方案的有益效果是：堆叠型达林顿管中二堆叠晶体管结构的基极补偿电容是容值较小的电容，用于实现基极电压的同步摆动，可以提高输出功率，改善隔离特性，实现二堆叠晶体管间的阻抗匹配，同时获得良好的高频特性并稳定电路。进一步地，堆叠型达林顿管输出合成网络包括依次串联的负载电阻Rcload、隔直电容Ccload、电感Lc1、Lc2至Lck+1、隔直电容Cc，负载电阻Rcload一端与隔直电容Ccload连接同时另一端接地，隔直电容Cc一端与Lck+1连接同时另一端为堆叠型达林顿管输出合成网络的输出端，电感Lcj与Lcj+1的k个连接节点为堆叠型达林顿管输出合成网络的k个输入端，电感Lc1和Lc2的连接节点上还并联有馈电电感Lcc，馈电电感Lcc的另一端接偏置电压VCC2。上述进一步方案的有益效果是：考虑了基于堆叠技术的堆叠型达林顿管对于输出合成网络的等效电容的影响，大大提高了电路设计的精确性，降低了电路后期调试的难度。附图说明图1为本专利技术功率放大器原理框图；图2为本专利技术功率放大器电路图。具体实施方式现在将参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本专利技术的原理和精神，而并非限制本专利技术的范围。本专利技术实施例提供了一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，如图1所示，包括分布式堆叠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，其特征在于，包括分布式堆叠型达林顿管放大网络、堆叠型达林顿管输入分配网络和堆叠型达林顿管输出合成网络，所述分布式堆叠型达林顿管放大网络由k个堆叠型达林顿管组成，其中k大于等于3；所述堆叠型达林顿管输入分配网络的输入端为整个所述基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器的输入端，其k个输出端分别与分布式堆叠型达林顿管放大网络中的k个堆叠型达林顿管的输入端连接；所述堆叠型达林顿管输出合成网络的输出端为整个所述基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器的输出端，其k个输入端分别与分布式堆叠型达林顿管放大网络中的k个堆叠型达林顿管的输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，其特征在于，包括分布式堆叠型达林顿管放大网络、堆叠型达林顿管输入分配网络和堆叠型达林顿管输出合成网络，所述分布式堆叠型达林顿管放大网络由k个堆叠型达林顿管组成，其中k大于等于3；所述堆叠型达林顿管输入分配网络的输入端为整个所述基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器的输入端，其k个输出端分别与分布式堆叠型达林顿管放大网络中的k个堆叠型达林顿管的输入端连接；所述堆叠型达林顿管输出合成网络的输出端为整个所述基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器的输出端，其k个输入端分别与分布式堆叠型达林顿管放大网络中的k个堆叠型达林顿管的输出端连接。2.根据权利要求1所述的基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，其特征在于，所述堆叠型达林顿管输入分配网络包括依次串联的电感Lb1、Lb2至Lbk+1、隔直电容Cbload和负载电阻Rbload，所述负载电阻Rbload一端与隔直电容Cbload连接同时另一端接地,所述电感Lb1一端与Lb2连接同时另一端为堆叠型达林顿管输入分配网络的输入端，所述电感Lbj与Lbj+1之间的连接节点均为堆叠型达林顿管输入分配网络的输出端，其中j＝1,2…k。3.根据权利要求1所述的基于三极管堆叠技术的达林顿分布式功率放大器，其特征在于，所述分布式堆叠型达林顿管放大网络包含k个堆叠型达林顿管；所述第j个堆叠型达林顿管中隔直电容Cij串联共射管Qfj的基极，其中j＝1,2…k，Cij与Qfj基极连接的另一端为所述第j个堆叠型达林顿管的输入端，所述共射管Qfj的发射极串联电阻Rbj后连接到地，Qfj的发射极与串联电阻Rbj的连接节点上还连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：林倩，邬海峰，朱琳，张晓明，刘林盛，周杨，严杰，
申请(专利权)人：青海民族大学，成都菁茂蓉创科技有限公司，天津城建大学，
类型：发明
国别省市：青海,63