基于精确谐振回路控制的高效率逆D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基于精确谐振回路控制的高效率逆D类堆叠功率放大器，包括推挽型输入匹配网络、栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络、RC谐振推挽输出匹配网络、第一供电偏置网络和第二供电偏置网络。本实用新型专利技术采用基于栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大结构，并结合了高效逆D类输出匹配网络，使得电路具有宽带的高效率、高增益、高功率输出能力。

High Efficiency Inverse Class D Stacked Power Amplifier Based on Precise Resonant Loop Control

The utility model discloses a class D stacked power amplifier with high efficiency based on precise resonant loop control, which includes push-pull input matching network, grid source compensation type two-stack self-bias push-pull power amplifier network, RC resonant push-pull output matching network, first power supply bias network and second power supply bias network. The utility model adopts a two-stack self-biased push-pull power amplifier structure based on grid source compensation, and combines with an efficient inverse D output matching network, so that the circuit has high efficiency, high gain and high power output capability of broadband.

【技术实现步骤摘要】
基于精确谐振回路控制的高效率逆D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
，具体涉及一种基于精确谐振回路控制的高效率逆D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超宽带、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超宽带、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，主要体现在超宽带、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基于精确谐振回路控制的高效率逆D类堆叠功率放大器，利用栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大技术以及高效率逆D类匹配技术，实现宽带下高效率、高增益、高功率输出特性。本技术的技术方案为：基于精确谐振回路控制的高效率逆D类堆叠功率放大器，包括推挽型输入匹配网络、栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络、RC谐振推挽输出匹配网络、第一供电偏置网络和第二供电偏置网络；推挽型输入匹配网络的输入端为整个高效率逆D类堆叠功率放大器的输入端，其第一输出端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输入端连接，其第二输出端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输入端连接；RC谐振推挽输出匹配网络的输出端为整个高效率逆D类堆叠功率放大器的输出端，其第一输入端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输出端连接，其第二输入端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输出端连接；第一供电偏置网络分别与RC谐振推挽输出匹配网络的第一输入端以及栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络连接，第二供电偏置网络分别与RC谐振推挽输出匹配网络的第二输入端以及栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络连接。本技术的有益效果是：本技术采用栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大技术，利用栅源补偿网络补偿堆叠晶体管的栅源谐波功率的泄漏，从而提高了工作效率,同时不需要额外的堆叠栅极偏置电压。同时，本技术还结合了高效率逆D类匹配技术，实现了宽带下高效率、高增益、高功率输出特性。进一步地，推挽型输入匹配网络包括第一巴伦电路，第一巴伦电路包括接地电阻R1、接地电阻R2、接地电阻R3、微带线TL1、微带线TL2和微带线TL3；微带线TL1的一端为推挽型输入匹配网络的输入端，其另一端与接地电阻R3连接；微带线TL2的一端与接地电阻R1连接，其另一端与接地电阻R2连接；微带线TL3分别与微带线TL1以及微带线TL2耦合，微带线TL3的一端依次串联微带线TL8、电容C1、微带线TL9和微带线TL11后作为推挽型输入匹配网络的第一输出端，微带线TL3的另一端依次串联微带线TL4、电容C2、微带线TL5和微带线TL7后作为推挽型输入匹配网络的第二输出端；微带线TL9和微带线TL11的连接节点还与开路微带线TL10连接，微带线TL5和微带线TL7的连接节点还与开路微带线TL6连接。上述进一步方案的有益效果是：本技术的推挽型输入匹配网络采用巴伦电路对输入信号进行功率分配及相移，同时采用微带线构成的T型匹配枝节对功率分配及相移后的两路输入信号进行匹配，该结构提高了逆D类功率放大器输入信号的移相及功率分配带宽，同时实现了对于栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的输入阻抗的良好匹配。进一步地，栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率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，其栅极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输入端，并与第一供电偏置网络连接；顶层晶体管M2的栅极分别与第一供电偏置网络以及第一栅极补偿电路连接，其栅极和源极之间串联有电容C5和微带线TL15，其漏极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输出端；第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R6和补偿接地电容C6；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TL14连接，底层晶体管M1的漏极与微带线TL14的连接节点还与微带线TL13的一端连接，微带线TL13的另一端与接地电容C4连接。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，其栅极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输入端，并与第二供电偏置网络连接；顶层晶体管M4的栅极分别与第二供电偏置网络以及第二栅极补偿电路连接，其栅极和源极之间串联有电容C9和微带线TL19，其漏极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输出端；第二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R11和补偿接地电容C10；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TL18连接，底层晶体管M3的漏极与微带线TL18的连接节点还与微带线TL17的一端连接，微带线TL17的另一端与接地电容C8连接。上述进一步方案的有益效果是：本技术采用的栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络可以提升高效率开关功率放大器的功率容量和功率增益，并且本技术采用的栅源补偿型二堆叠自偏置功率放大网络加入了自偏置接口，接收来自两个供电偏置网络的自偏电压，从而构成自偏置结构，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；同时在栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络中加入了栅源补偿回路，用于补偿堆叠晶体管的栅源谐波功率的泄漏，从而提高了工作效率。进一步地，RC谐振推挽输出匹配网络包括第二巴伦电路，第二巴伦电路包括接地电阻R16、接地电阻R17、接地电阻R18、微带线TL30、微带线TL31和微带线TL32；微带线TL32的一端为RC谐振推挽输出匹配网络的输出端，其另一端与接地电阻R18连接；微带线TL31的一端与接地电阻R16连接，其另一端与接地电阻R17连接；微带线TL30分别与微带线TL31以及微带线TL32耦合，微带线TL30的一端依次串联微带线TL24、电容C14、微带线TL23和微带线TL21后作为RC谐振推挽输出匹配网络的第一输入端，微带线TL30的另一端依次串联微带线TL29、电容C15、微带线TL28和微带线TL26后作为RC谐振推挽输出匹配网络的第二输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于精确谐振回路控制的高效率逆D类堆叠功率放大器，其特征在于，包括推挽型输入匹配网络、栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络、RC谐振推挽输出匹配网络、第一供电偏置网络和第二供电偏置网络；所述推挽型输入匹配网络的输入端为整个所述高效率逆D类堆叠功率放大器的输入端，其第一输出端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输入端连接，其第二输出端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输入端连接；所述RC谐振推挽输出匹配网络的输出端为整个所述高效率逆D类堆叠功率放大器的输出端，其第一输入端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输出端连接，其第二输入端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输出端连接；所述第一供电偏置网络分别与RC谐振推挽输出匹配网络的第一输入端以及栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络连接，所述第二供电偏置网络分别与RC谐振推挽输出匹配网络的第二输入端以及栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络连接。

【技术特征摘要】
1.基于精确谐振回路控制的高效率逆D类堆叠功率放大器，其特征在于，包括推挽型输入匹配网络、栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络、RC谐振推挽输出匹配网络、第一供电偏置网络和第二供电偏置网络；所述推挽型输入匹配网络的输入端为整个所述高效率逆D类堆叠功率放大器的输入端，其第一输出端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输入端连接，其第二输出端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输入端连接；所述RC谐振推挽输出匹配网络的输出端为整个所述高效率逆D类堆叠功率放大器的输出端，其第一输入端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输出端连接，其第二输入端与栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输出端连接；所述第一供电偏置网络分别与RC谐振推挽输出匹配网络的第一输入端以及栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络连接，所述第二供电偏置网络分别与RC谐振推挽输出匹配网络的第二输入端以及栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络连接。2.根据权利要求1所述的高效率逆D类堆叠功率放大器，其特征在于，所述推挽型输入匹配网络包括第一巴伦电路，所述第一巴伦电路包括接地电阻R1、接地电阻R2、接地电阻R3、微带线TL1、微带线TL2和微带线TL3；所述微带线TL1的一端为推挽型输入匹配网络的输入端，其另一端与接地电阻R3连接；所述微带线TL2的一端与接地电阻R1连接，其另一端与接地电阻R2连接；所述微带线TL3分别与微带线TL1以及微带线TL2耦合，所述微带线TL3的一端依次串联微带线TL8、电容C1、微带线TL9和微带线TL11后作为推挽型输入匹配网络的第一输出端，所述微带线TL3的另一端依次串联微带线TL4、电容C2、微带线TL5和微带线TL7后作为推挽型输入匹配网络的第二输出端；所述微带线TL9和微带线TL11的连接节点还与开路微带线TL10连接，所述微带线TL5和微带线TL7的连接节点还与开路微带线TL6连接。3.根据权利要求1所述的高效率逆D类堆叠功率放大器，其特征在于，所述栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率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，其栅极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输入端，并与第一供电偏置网络连接；所述顶层晶体管M2的栅极分别与第一供电偏置网络以及第一栅极补偿电路连接，其栅极和源极之间串联有电容C5和微带线TL15，其漏极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第一输出端；所述第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R6和补偿接地电容C6；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TL14连接，所述底层晶体管M1的漏极与微带线TL14的连接节点还与微带线TL13的一端连接，所述微带线TL13的另一端与接地电容C4连接；所述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；所述底层晶体管M3的源极接地，其栅极为栅源补偿型二堆叠自偏置推挽功率放大网络的第二输入端，并与第二供电偏置网络连接；所述顶层晶体管M4的栅极分别与第二供电偏置网络以及第二栅极补偿电路连接，其栅极和源极之间串联有电容...

【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