一种E类开关型差分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E类开关型差分堆叠功率放大器，包括输入差分供电匹配网络、第一三堆叠自偏开关放大管、第二三堆叠自偏开关放大管、E类开关型输出供电匹配网络，本实用新型专利技术核心架构采用三堆叠自偏开关放大管在微波段的高功率、高增益特性，同时利用差分放大器在微波频段的良好的寄生参数抑制性，以及E类开关型输出匹配网络高效率的功率放大特性相结合，使得整个功率放大器获得了良好的高增益、高效率和高功率输出能力。

A class E switched differential stack power amplifier

【技术实现步骤摘要】
一种E类开关型差分堆叠功率放大器
本技术涉及场效应晶体管射频功率放大器和集成电路领域，特别是针对射频微波收发机末端的发射模块应用的一种E类开关型差分堆叠功率放大器。
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、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
本技术所要解决的技术问题是提供一种E类开关型差分堆叠功率放大器，结合了堆叠自偏开关放大技术、差分放大器技术、E类开关型匹配技术的优点，具有在微波频段高功率、高增益、高效率且成本低等优点。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种E类开关型差分堆叠功率放大器，包括输入差分供电匹配网络、第一三堆叠自偏开关放大管、第二三堆叠自偏开关放大管、E类开关型输出供电匹配网络；输入差分供电匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，其第一输出端与所述第一三堆叠自偏开关放大管的输入端连接，其第二输出端与所述第二三堆叠自偏开关放大管的输入端连接；第一三堆叠自偏开关放大管的第一输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第一输入端连接，第二输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第二输入端连接，第三输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第三输入端连接；所述第二三堆叠自偏开关放大管的第一输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第四输入端连接，第二输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第五输入端连接，第三输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第六输入端连接；E类开关型输出供电匹配网络的输出端为整个所述功率放大器的输出端。本技术的有益效果是：采用差分结构可以显著抑制高频寄生参数，提升放大器的高频指标，采用自偏开关放大管可以提升功率放大器的输出功率能力，同时结合E类开关型输出供电匹配网络，可以在三堆叠结构的输出端形成类似于E类功率放大器的波形整形效果，从而降低电压和电流的交流重合的成分，提升功率放大器的效率指标。进一步的，输入差分供电匹配网络的输入端连接耦合变压器T1的初级线圈的同名端，耦合变压器T1的初级线圈的非同名端接地，耦合变压器T1的第一、第二次级线圈的中间抽头连接电感Ld，电感Ld的另一端连接偏置电压Vg和接地电容Cin，变压器T1的第一次级线圈的同名端连接第一三堆叠自偏开关放大管输入端，变压器T1的第二次级线圈的非同名端连接第二三堆叠自偏开关放大管输入端。上述进一步方案的有益效果是：本技术采用的输入差分供电匹配网络除了能实现输入射频信号的功率分配外，还能对射频输入信号进行阻抗匹配及相位调节，同时实现单端信号到差分信号的转换，保证差分信号的相位差。同时将差分信号的两路供电电路整合到一路，简化了供电网络。进一步的，第一三堆叠自偏开关放大管和第二三堆叠自偏开关放大管的输入端连接电阻Rmj，电阻Rmj的另一端连接电感Loj和电阻Rpj的a端，电感Loj的另一端连接接地电容Cmj和电感Lrj，电感Lrj的另一端连接场效应管Mrj的栅极，场效应管Mrj的源极接地，场效应管Mrj的漏极连接场效应管Mtj的源极，其中，场效应管Mt1的源极还连接第一三堆叠自偏开关放大管的第一输出端，场效应管Mt2的源极还连接第二三堆叠自偏开关放大管的第一输出端；电阻Rpj的b端连接电阻Rtj和电阻Rqj的a端，电阻Rtj的另一端连接接地电容Cpj和电阻Rcj，电阻Rcj的另一端连接场效应管Mtj的栅极，场效应管Mtj的漏极连接场效应管Msj的源极，其中，场效应管Ms1的源极还连接第一三堆叠自偏开关放大管的第二输出端，场效应管Ms2的源极还连接第二三堆叠自偏开关放大管的第二输出端；电阻Rqj的b端连接电阻Rsj的一端和电阻Rgj的a端，电阻Rsj的另一端连接接地电容Cqj和电阻Rwj，电阻Rwj的另一端连接场效应管Msj的栅极，场效应管Msj的漏极连接电感Ls1，其中场效应管Ms1的漏极还连接第一三堆叠自偏开关放大管的第三输出端，场效应管Ms2的漏极还连接第二三堆叠自偏开关放大管的第三输出端；电阻Rgj的b端连接偏置电压Vd1、接地电容Cg1和电感Ls1，电感Ls1的另一端连接场效应管Msj的漏极，其中j＝1、2。上述进一步方案的有益效果是：本技术第一三堆叠自偏开关放大管和第二三堆叠自偏开关放大管可以显著提升放大器的增益以及功率容量，同时电路结构相比多路合成结构更加简单。偏置电路采用自偏置结构，简化了外围供电电路。进一步的，E类开关型输出供电匹配网络的第一、二、三输入端分别连接电容Cd5、Cd3、Cd1，电容Cd5、Cd3、Cd1的另一端同时连接变压器T2的次级线圈的非同名端和电容C5的a端,E类开关型输出供电匹配网络的第四、五、六输入端分别连接电容Cd6、Cd4、Cd2，电容Cd6、Cd4、Cd2的另一端同时连接变压器T2的次级线圈的同名端和电容C5的b端,变压器T2的次级线圈的中间抽头接地，变压器T2的初级线圈的非同名端接地，变压器T2的初级线圈的同名端连接接地电容Cout和电感Lc，电感Lc另一端为E类开关型输出供电匹配网络的输出端。上述进一步方案的有益效果是：本技术采用的E类开关型输出供电匹配网络，利用E类功率放大器的原理，在晶体管导通和关闭的瞬间，使得晶体管电压和电流的交叠为零，显著提升了放大器的工作效率。此外，除了能实现两路差分射频信号的功率合成外，还能将两路差分信号转换为单端信号，引入的插损较小，同时保障了所述放大器的输出功率。附图说明图1为本技术功率放大器原理框图；图2为本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，意在阐释本技术的原理和精神，而并非限制本技术的范围。本技术实施例提供了一种E类开关型差分堆叠功率放大器，包括输入差分供电匹配网络、第一三堆叠自偏开关放大管、第二三堆叠自偏开关放大管、E类开关型输出供电匹配网络。...

【技术保护点】
1.一种E类开关型差分堆叠功率放大器，其特征在于，包括输入差分供电匹配网络、第一三堆叠自偏开关放大管、第二三堆叠自偏开关放大管、E类开关型输出供电匹配网络；/n所述输入差分供电匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，其第一输出端与所述第一三堆叠自偏开关放大管的输入端连接，其第二输出端与所述第二三堆叠自偏开关放大管的输入端连接；/n所述第一三堆叠自偏开关放大管的第一输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第一输入端连接，第二输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第二输入端连接，第三输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第三输入端连接；所述第二三堆叠自偏开关放大管的第一输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第四输入端连接，第二输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第五输入端连接，第三输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第六输入端连接；/n所述E类开关型输出供电匹配网络的输出端为整个所述功率放大器的输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种E类开关型差分堆叠功率放大器，其特征在于，包括输入差分供电匹配网络、第一三堆叠自偏开关放大管、第二三堆叠自偏开关放大管、E类开关型输出供电匹配网络；
所述输入差分供电匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，其第一输出端与所述第一三堆叠自偏开关放大管的输入端连接，其第二输出端与所述第二三堆叠自偏开关放大管的输入端连接；
所述第一三堆叠自偏开关放大管的第一输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第一输入端连接，第二输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第二输入端连接，第三输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第三输入端连接；所述第二三堆叠自偏开关放大管的第一输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第四输入端连接，第二输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第五输入端连接，第三输出端与所述E类开关型输出供电匹配网络的第六输入端连接；
所述E类开关型输出供电匹配网络的输出端为整个所述功率放大器的输出端。


2.根据权利要求1所述的一种E类开关型差分堆叠功率放大器，其特征在于，所述输入差分供电匹配网络的输入端连接耦合变压器T1的初级线圈的同名端，变压器T1的初级线圈的非同名端接地，变压器T1的次级线圈的中间抽头连接电感Ld，电感Ld的另一端连接偏置电压Vg和接地电容Cin，变压器T1的次级线圈的同名端连接第一三堆叠自偏开关放大管输入端，变压器T1的次级线圈的非同名端连接第二三堆叠自偏开关放大管输入端。


3.根据权利要求1所述的一种E类开关型差分堆叠功率放大器，其特征在于，所述第一三堆叠自偏开关放大管和第二三堆叠自偏开关放大管的输入端连接电阻Rmj，电阻Rmj的另一端连接电感Loj和电阻Rpj的a端，电感Loj的另一端连接接地电容Cmj和电感Lrj，电感Lrj的另一端连接场效应管Mrj的栅极，场效应管Mrj的源极接地，场效应管...

【专利技术属性】
技术研发人员：林倩，胡单辉，邬海峰，陈善继，
申请(专利权)人：青海民族大学，
类型：新型
国别省市：青海;63