一种高功率高效率高增益逆F类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高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器，包括依次连接的输入阻抗匹配功率分配网络、漏源补偿型双路堆叠放大网络和输出逆F类阻抗匹配功率合成网络。本实用新型专利技术采用漏源补偿型双路堆叠晶体管结构，并结合了高效逆F类输出匹配及功率合成技术，使得电路具有高效率、高增益、高功率输出能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器
本技术属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路
，具体涉及一种高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器的设计。
技术介绍
随着现代军用、民用通信技术的发展，射频前端发射机也向高效率、高增益、高功率输出的方向发展。因此市场迫切的需求高效率、高增益、高功率的功率放大器。然而，在传统高效率功率放大器的设计中，一直存在一些设计难题，主要体现在高效率指标相互制约：为了保证放大器的高效率工作，晶体管要工作在过驱动模式下，类似于开关状态，但是过驱动开关功率放大器的带宽一直是电路实现的技术瓶颈。常见的高效率功率放大器的电路结构有很多，最典型的是传统AB类、C类，开关型D类、E类、F类功率放大器等，但是，这些高效率放大器的宽带特性仍然存在一些不足，主要体现在：传统AB类放大器理论极限效率为78.5％，相对较低，往往需要牺牲输出插损和效率来增加放大器的带宽；C类放大器极限效率为100％，但是功率输出能力较低，宽带输出能力和效率较低；开关型D类、E类、F类功率放大器等需要依赖精确的谐波阻抗控制，或者严格的阻抗匹配条件，这些控制和条件都大大限制了放大器工作带宽。除此之外，现有高效率场效应管功率放大器往往是基于单个共源晶体管实现的，受到单个晶体管的限制，功率输出能力和功率增益能力都相对较低。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器，利用漏源补偿型双路晶体管堆叠技术以及高效逆F类输出匹配及功率合成技术，实现高效率、高增益、高功率输出特性。本技术的技术方案为：一种高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器，包括依次连接的输入阻抗匹配功率分配网络、漏源补偿型双路堆叠放大网络和输出逆F类阻抗匹配功率合成网络；输入阻抗匹配功率分配网络的输入端为整个逆F类堆叠功率放大器的输入端，其第一输出端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输入端连接，其第二输出端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输入端连接；输出逆F类阻抗匹配功率合成网络的输出端为整个逆F类堆叠功率放大器的输出端，其第一输入端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输出端连接，其第二输入端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输出端连接。本技术的有益效果是：本技术采用漏源补偿型双路堆叠晶体管结构，抑制了堆叠结构在逆F类工作模式下的栅源泄漏现象，同时结合了高效逆F类输出匹配及功率合成技术，使得电路具有高效率、高增益、高功率输出能力。输入阻抗匹配功率分配网络包括隔直电容C1，隔直电容C1的一端为输入阻抗匹配功率分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL1的一端、微带线TL2的一端以及电容C2的一端连接；微带线TL1的另一端分别与微带线TL3的一端以及电容C4的一端连接，微带线TL2的另一端分别与微带线TL4的一端以及电容C5的一端连接，电容C2的另一端、电容C4的另一端以及电容C5的另一端连接在一起并接地；微带线TL3的另一端分别与微带线TL5的一端以及电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端为输入阻抗匹配功率分配网络的第一输出端，微带线TL5的另一端分别与接地电容C3以及第一低压偏置电源Vg1连接；微带线TL4的另一端分别与微带线TL6的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端为输入阻抗匹配功率分配网络的第二输出端，微带线TL6的另一端分别与接地电容C6以及第二低压偏置电源Vg2连接。上述进一步方案的有益效果是：本技术采用的输入阻抗匹配功率分配网络能够实现对射频输入的信号进行等功率分配以及阻抗匹配，同时还可对漏源补偿型双路堆叠放大网络中两路堆叠功率放大电路的底层晶体管起到良好的栅极供电及偏置作用。漏源补偿型双路堆叠放大网络包括第一路二堆叠功率放大电路和第二路二堆叠功率放大电路，第一路二堆叠功率放大电路和第二路二堆叠功率放大电路结构相同。第一路二堆叠功率放大电路包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M2和底层晶体管M1；底层晶体管M1的源极接地，其栅极为漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输入端；底层晶体管M1的漏极和顶层晶体管M2的源极之间通过微带线TL7连接；顶层晶体管M2的漏极为漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输出端，其源极和漏极之间通过电容C9连接，其栅极分别与电阻R4的一端以及第一栅极补偿电路连接；第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R3和补偿接地电容C8。第二路二堆叠功率放大电路包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M4和底层晶体管M3；底层晶体管M3的源极接地，其栅极为漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输入端；底层晶体管M3的漏极和顶层晶体管M4的源极之间通过微带线TL8连接；顶层晶体管M4的漏极为漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输出端，其源极和漏极之间通过电容C10连接，其栅极分别与电阻R6的一端以及第二栅极补偿电路连接；第二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R7和补偿接地电容C7。电阻R4的另一端分别与电阻R6的另一端、电阻R8的一端以及接地电阻R5连接，电阻R8的另一端分别与电阻R9的一端以及电阻R10的一端连接，电阻R9的另一端与顶层晶体管M2的漏极连接，电阻R10的另一端与顶层晶体管M4的漏极连接。上述进一步方案的有益效果是：本技术的核心架构采用漏源补偿型双路堆叠放大网络，可以帮助高效率开关功率放大器提升功率容量和功率增益。并且本技术采用的双路堆叠放大网络加入了自偏置结构，不需要额外的堆叠栅极偏置电压，大大简化了堆叠结构的外围栅极供电结构。输出逆F类阻抗匹配功率合成网络包括隔直电容C15，隔直电容C15的一端为输出逆F类阻抗匹配功率合成网络的输出端，其另一端分别与微带线TL10的一端、微带线TL11的一端以及电容C12的一端连接；微带线TL10的另一端分别与微带线TL9的一端以及第一谐振网络电路连接，微带线TL9的另一端为输出逆F类阻抗匹配功率合成网络的第一输入端，并与电容C11的一端连接；微带线TL11的另一端分别与微带线TL12的一端以及第二谐振网络电路连接，微带线TL12的另一端为输出逆F类阻抗匹配功率合成网络的第二输入端，并与电容C13的一端连接；电容C11的另一端、电容C12的另一端以及电容C13的另一端连接在一起并接地。上述进一步方案的有益效果是：本技术的输出匹配网络采用高效逆F类输出匹配及功率合成架构，能够实现对漏源补偿型双路堆叠放大网络放大后的两路信号进行功率合成及阻抗匹配，同时可以使得电路实现近似于三阶逆F类工作状态的输出阻抗的基波与谐波阻抗，从而实现高功率及高效率指标。第一谐振网络电路包括依次串联的第一LC谐振电路、微带线TL13、电阻R11和接地电容C17，第一LC谐振电路包括并联的电感L1和电容C14，其一端与微带线TL13连接，其另一端与微带线TL10连接；微带线TL13和电阻R11的连接节点还与第一低压偏置电源Vd1连接。第二谐振网络电路包括依次串联的第二LC谐振电路、微带线TL14、电阻R12和接地电容C18，第二LC谐振电路包括并联的电感L2和电容C16，其一端与微带线TL14连接，其另一端与微带线TL11连接；微带线TL14和电阻R12的连接节点还与第二低压偏置电源Vd2连接。上述进一步方案的有益效果是：本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器，其特征在于，包括依次连接的输入阻抗匹配功率分配网络、漏源补偿型双路堆叠放大网络和输出逆F类阻抗匹配功率合成网络；所述输入阻抗匹配功率分配网络的输入端为整个所述逆F类堆叠功率放大器的输入端，其第一输出端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输入端连接，其第二输出端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输入端连接；所述输出逆F类阻抗匹配功率合成网络的输出端为整个所述逆F类堆叠功率放大器的输出端，其第一输入端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输出端连接，其第二输入端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种高功率高效率高增益逆F类堆叠功率放大器，其特征在于，包括依次连接的输入阻抗匹配功率分配网络、漏源补偿型双路堆叠放大网络和输出逆F类阻抗匹配功率合成网络；所述输入阻抗匹配功率分配网络的输入端为整个所述逆F类堆叠功率放大器的输入端，其第一输出端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输入端连接，其第二输出端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输入端连接；所述输出逆F类阻抗匹配功率合成网络的输出端为整个所述逆F类堆叠功率放大器的输出端，其第一输入端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输出端连接，其第二输入端与漏源补偿型双路堆叠放大网络的第二输出端连接。2.根据权利要求1所述的逆F类堆叠功率放大器，其特征在于，所述输入阻抗匹配功率分配网络包括隔直电容C1，所述隔直电容C1的一端为输入阻抗匹配功率分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL1的一端、微带线TL2的一端以及电容C2的一端连接；所述微带线TL1的另一端分别与微带线TL3的一端以及电容C4的一端连接，所述微带线TL2的另一端分别与微带线TL4的一端以及电容C5的一端连接，所述电容C2的另一端、电容C4的另一端以及电容C5的另一端连接在一起并接地；所述微带线TL3的另一端分别与微带线TL5的一端以及电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端为输入阻抗匹配功率分配网络的第一输出端，所述微带线TL5的另一端分别与接地电容C3以及第一低压偏置电源Vg1连接；所述微带线TL4的另一端分别与微带线TL6的一端以及电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端为输入阻抗匹配功率分配网络的第二输出端，所述微带线TL6的另一端分别与接地电容C6以及第二低压偏置电源Vg2连接。3.根据权利要求1所述的逆F类堆叠功率放大器，其特征在于，所述漏源补偿型双路堆叠放大网络包括第一路二堆叠功率放大电路和第二路二堆叠功率放大电路，所述第一路二堆叠功率放大电路和第二路二堆叠功率放大电路结构相同；所述第一路二堆叠功率放大电路包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M2和底层晶体管M1；所述底层晶体管M1的源极接地，其栅极为漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输入端；所述底层晶体管M1的漏极和顶层晶体管M2的源极之间通过微带线TL7连接；所述顶层晶体管M2的漏极为漏源补偿型双路堆叠放大网络的第一输出端，其源极和漏极之间通过电容C9连接，其栅极分别与电阻R4的一端以及第一栅极补偿电路连接；所述第一栅极补偿电路包括串...

【专利技术属性】
技术研发人员：滑育楠，邬海峰，陈依军，胡柳林，吕继平，王测天，童伟，
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