一种多模八频高效率高增益功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种多模八频高效率高增益功率放大器，包括依次连接的多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络；以及与所述多模八频输入匹配网络和多模八频输出匹配网络分别连接的栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络。本发明专利技术的有益效果是：采用基于自偏结构的三堆叠晶体管结构并结合了多模LC匹配网络，使得功率放大器在八个频点具有高效率、高增益、高功率输出能力的多模特性。

【技术实现步骤摘要】
一种多模八频高效率高增益功率放大器
本专利技术涉及一种场效应管晶体管射频功率放大器和集成电路领域，特别涉及针对多频多模通信系统射频前端发射模块应用的一种多模八频高效率高增益功率放大器。
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多频多模、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多频多模、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，主要体现在多频多模在兼容高效率指标时难度较大相互制约。为了保证放大器的高效率高增益工作，晶体管要在多频模式下实现最佳效率与增益匹配的良好与精确的折中，但是多频功率放大器的实现一直是的技术瓶颈。常见的高效率高增益多频功率放大器的电路解决方案有，采用多个单频点功率放大器组成负载放大系统，每个功率放大器在各自频点实现最佳电路设计，但是这种放大系统体积庞大，成本较高；采用超宽带功率放大器覆盖多个工作频点，但是受到增益带宽积的影响，超宽带放大器的输出功率、增益和效率往往比窄带电路更低；采用双频或者三频电路设计结构，这种电路可以在双频点或者三频点同时实现最佳输出功率、增益和效率匹配，但是由于多频电路的复杂度很高，这种电路结构往往无法应用到三个频点以上的系统中。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相对较低。
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多模八频高效率高增益功率放大器，利用自偏置晶体管堆叠技术以及多模LC匹配技术，实现八频点的多模模式下的高效率、高增益、高功率输出特性。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种多模八频高效率高增益功率放大器，包括栅极供电偏置网络、多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络和漏极供电偏置网络，所述多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络依次连接，所述栅极供电偏置网络分别与多模八频输入匹配网络的输出端和三堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，所述漏极供电偏置网络分别与三堆叠自偏置功率放大网络的输出端和多模八频输出匹配网络的输入端连接；所述多模八频输入匹配网络的输入端为整个所述多模八频高效率高增益功率放大器的输入端，所述多模八频输出匹配网络的输出端为整个所述多模八频高效率高增益功率放大器的输出端。采用基于自偏结构的三堆叠晶体管结构，并结合了多模八频输入输出匹配网络，使得电路具有八频点的多模工作模式下的高效率、高增益、高功率输出能力。所述多模八频输入匹配网络包括依次串联的电容C1、电感L1、电感L2、电感L3、以及电感L4，电容C1一端连接多模八频输入匹配网络的输入端，另一端连接电感L1，电感L4一端连接电感L3，另一端为多模八频输入匹配网络的输出端，并同时连接栅极偏置输入网络和三堆叠自偏置功率放大网络；电容C1和电感L1的连接节点还与接地电容C2连接，电感L1和电感L2的连接节点还与电容C3的一端连接，C3的另一端与场效应管开关管SW1的漏极连接，SW1的漏极还连接了接地电阻R1，SW1的栅极连接控制电压Vct1，SW1的源极接地，电感L2和电感L3的连接节点还与电容C4的一端连接，C4的另一端与场效应管开关管SW2的漏极连接，SW2的漏极还连接了接地电阻R2，SW2的栅极连接控制电压Vct2，SW2的源极接地，电感L3和电感L4的连接节点还与电容C5的一端连接，C5的另一端与场效应管开关管SW3的漏极连接，SW3的漏极还连接了接地电阻R3，SW3的栅极连接控制电压Vct3，SW3的源极接地。采用的多模八频输入匹配网络能够实现对射频信号在八个多模频点进行输入阻抗匹配。所述三堆叠自偏置功率放大网络包括底层晶体管Md1、中层晶体管Md2和顶层晶体管Md3；其中Md1的源极接地，Md1漏极连接微带线TL1，TL1的另一端连接Md2的源极，Md2漏极连接微带线TL2，TL2的另一端连接Md3的源极，Md3漏极连接三堆叠自偏置功率放大网络的输出端；底层晶体管Md1栅极为三堆叠自偏置功率放大网络的输入端；中间层晶体管Md2的栅极连接偏置电阻R14和R4，电阻R14的另一端连接接地电容C8，电阻R4的另一端分别与电阻R6的一端以及接地电阻R5连接，电阻R6的另一端连接电阻R9；顶层晶体管Md3的漏极为三堆叠自偏置功率放大网络的输出端，其栅极连接偏置电阻R7和R8，电阻R7另一端连接到接地电容C9，电阻R8另一端连接到电阻R9与电阻R6的连接节点上，电阻R9的另一端与漏极供电偏置网络连接。核心架构采用的三堆叠自偏置功率放大网络，可以帮助现有功率放大器提升功率容量和功率增益。并且本专利技术采用的三堆叠功率放大网络加入了自偏置结构，同时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。所述栅极供电偏置网络包括电感L5，L5的另一端连接栅极供电电源VG，VG端同时连接接地电容C7和接地电容C6。栅极供电偏置网络能够对三堆叠自偏置功率放大网络中的底层晶体管Md1起到良好的栅极供电及偏置作用。所述多模八频输出匹配网络包括依次串联的电感L7、电感L8、电感L9、电感L10、以及电容C16，电感L7的另一端为多模八频输出匹配网络的输入端，并同时连接漏极偏置输入网络，电容C16另一端为多模八频输出匹配网络的输出端；电感L7和电感L8的连接节点还与电容C12的一端连接，电容C12的另一端与场效应管开关管SW4的漏极连接，SW4的漏极还连接了接地电阻R11，SW4的栅极连接控制电压Vct1，SW4的源极接地，电感L8和电感L9的连接节点还与电容C13的一端连接，C13的另一端与场效应管开关管SW5的漏极连接，SW5的漏极还连接了接地电阻R12，SW5的栅极连接控制电压Vct2，SW5的源极接地，电感L9和电感L10的连接节点还与电容C14的一端连接，C14的另一端与场效应管开关管SW6的漏极连接，SW6的漏极还连接了接地电阻R13，SW6的栅极连接控制电压Vct3，SW6的源极接地，电感L10和电容C16的连接节点还与接地电容C15连接。多模八频输出匹配网使得电路可以实现AB类功率放大器对射频信号在八个多模频点的输出阻抗匹配。所述漏极供电偏置网络包括电感L6，电感L6的另一端连接漏极供电电压VD，VD同时与接地电容C10和接地电容C11连接。漏极供电偏置网络能够对三堆叠自偏置功率放大网络中的顶层晶体管Md3起到良好的漏极供电及偏置作用。所述多模八频输入匹配网络和多模八频输出匹配网络中包含的开关SWi(其中，i＝1,2,3,4,5,6)的控制电压为高电平或者低电平，当开关SWi控制电压Vcti取高电平时，开关SWi打开；当SWi控制电压Vcti取低电平时，开关SWi关闭；其实现八个频点多模的信号控制方式为：Vcti未明确高低电平时均为低电平，当Vct1取高电平放大器工作在频点f1，当Vct2取高电平放大器工作在频点f2，当Vct3取高电平放大器工作在频点f3，当Vct1、Vct2均取高电平放大器工作在频点f4，当Vct2、Vct3均取高电平放大器工作在频点f5，当Vct1、Vct3均取高电平放大器工作在频点f6，当Vct1、Vct2和V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模八频高效率高增益功率放大器，其特征在于，包括栅极供电偏置网络、多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络和漏极供电偏置网络，所述多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络依次连接，所述栅极供电偏置网络分别与多模八频输入匹配网络的输出端和三堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，所述漏极供电偏置网络分别与三堆叠自偏置功率放大网络的输出端和多模八频输出匹配网络的输入端连接；所述多模八频输入匹配网络的输入端为整个所述多模八频高效率高增益功率放大器的输入端，所述多模八频输出匹配网络的输出端为整个所述多模八频高效率高增益功率放大器的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种多模八频高效率高增益功率放大器，其特征在于，包括栅极供电偏置网络、多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络和漏极供电偏置网络，所述多模八频输入匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、多模八频输出匹配网络依次连接，所述栅极供电偏置网络分别与多模八频输入匹配网络的输出端和三堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，所述漏极供电偏置网络分别与三堆叠自偏置功率放大网络的输出端和多模八频输出匹配网络的输入端连接；所述多模八频输入匹配网络的输入端为整个所述多模八频高效率高增益功率放大器的输入端，所述多模八频输出匹配网络的输出端为整个所述多模八频高效率高增益功率放大器的输出端。2.根据权利要求1所述的多模八频高效率高增益功率放大器，其特征在于，所述多模八频输入匹配网络包括依次串联的电容C1、电感L1、电感L2、电感L3、以及电感L4，所述电容C1一端连接多模八频输入匹配网络的输入端，另一端连接电感L1，所述电感L4一端连接电感L3，另一端为多模八频输入匹配网络的输出端，并同时连接栅极偏置输入网络和三堆叠自偏置功率放大网络；所述电容C1和电感L1的连接节点还与接地电容C2连接，所述电感L1和电感L2的连接节点还与电容C3的一端连接，C3的另一端与场效应管开关管SW1的漏极连接，SW1的漏极还连接了接地电阻R1，SW1的栅极连接控制电压Vct1，SW1的源极接地，所述电感L2和电感L3的连接节点还与电容C4的一端连接，C4的另一端与场效应管开关管SW2的漏极连接，SW2的漏极还连接了接地电阻R2，SW2的栅极连接控制电压Vct2，SW2的源极接地，所述电感L3和电感L4的连接节点还与电容C5的一端连接，C5的另一端与场效应管开关管SW3的漏极连接，SW3的漏极还连接了接地电阻R3，SW3的栅极连接控制电压Vct3，SW3的源极接地。3.根据权利要求1所述的多模八频高效率高增益功率放大器，其特征在于，所述三堆叠自偏置功率放大网络包括底层晶体管Md1、中层晶体管Md2和顶层晶体管Md3，其中Md1的源极接地，Md1漏极连接微带线TL1，TL1的另一端连接Md2的源极，Md2漏极连接微带线TL2，TL2的另一端连接Md3的源极，Md3漏极连接所述三堆叠自偏置功率放大网络的输出端；所述底层晶体管Md1栅极为三堆叠自偏置功率放大网络的输入端；所述中间层晶体管Md2的栅极连接偏置电阻R14和R4，电阻R14的另一端连接接地电容C8，电阻R4的另一端分别与电阻R6的一端以及接地电阻R5连接，电阻R6的另一端连接电阻R9；所述顶层晶体管Md3的漏极为三堆叠自偏置功率放大网络的输出端，其栅极连接偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琳，邬海峰，林倩，庞毅，李梅，
申请(专利权)人：天津城建大学，青海民族大学，
类型：发明
国别省市：天津,12