一种双频可重构MMIC异相功率放大器及其调控方法技术

本发明专利技术公开一种双频可重构MMIC异相功率放大器及其调控方法。该放大器包括宽带输入匹配电路，RC稳定电路，双频寄生参数补偿电路，双频可重构功率合成电路，以及后匹配电路。双频寄生参数补偿电路采用T型结构提供两个频率下需要的输入电纳，双频功率合成电路采用开关控制合成器上下路并联电容的大小，通过并联不同容值的电容来实现合成器上下路等效电长度关于90

【技术实现步骤摘要】
一种双频可重构MMIC异相功率放大器及其调控方法


[0001]本专利技术涉及射频微波通信领域，涉及双频可重构MMIC异相功率放大器及其调控方法，具体是一种可以在两个独立频段内工作的双频异相功率放大器MMIC芯片及其设计方法，这是一种利用匹配可重构技术实现对于两个不同工作频率的支持，且保证高放大效率的异相功率放大器芯片。

技术介绍

[0002]伴随着无线通信技术的快速迭代和发展，射频微波技术正逐渐改变人们的日常生活，无论是在商业民用领域还是在国防军工领域，现阶段射频通信技术都持续扮演举足轻重的角色。容易发现，随着通信和雷达技术的快速演进，特别是日益增长的信号带宽、饱和输出功率、放大器效率等要求，对射频微波系统提出了更高的技术挑战，一些传统的电路设计方式逐渐无法适应系统指标需求。
[0003]功率放大器作为整个收发机的核心部分，其性能的好坏将直接影响整个收发系统工作的稳定性及能耗水平。作为收发机的主要耗电部件，提高功放的效率不仅能够节约能源，提高电池使用寿命，而且更低的发热能够为系统提供一个稳定的工作环境。然而传统的A类、AB类功率放大器在放大高峰均比信号时，虽然能够在放大时保证线性度的要求，但是在功率回退状态下效率过低。这一问题直接限制了传统功放架构在高端发射机中的应用。基于上述原因，一些能够兼顾高回退效率和良好线性度的负载调制型功放日趋流行，并逐渐成为基站类功放的首选设计方案。其中，异相(Outphasing)功率放大器便是高性能负载调制型功放的典型代表之一，近些年成为业内研究的热点。
[0004]异相功率放大器电路的基本工作原理是通过信号调理电路把输入信号分解成两个幅度相同、相位相反的信号。分解后的两路信号分别经过两个饱和子放大器进行放大，放大后的两路等幅异相信号进行矢量合并，便可以在输出端高度还原输入调制信号的幅度，以便实现良好的线性度。同时，由于饱和工作的子放大器保证了工作时的高效率。因此，异相功率放大器可以同时实现对调制信号的高效率和高保真放大。
[0005]作为整个异相放大器的核心，输出端的功率合成器设计至关重要。其中，集成子放大器电抗补偿功能的Chireix合成器是目前应用最为广泛的一种结构。该结构的合成器通过在合成端提供合适的虚部补偿电路以消除无功虚部对效率产生的影响，从而有效保证放大器整体效率。虚部补偿电路可以是串联或并联的结构，其中一种基于串联补偿的非等长合成器结构，因其简单的构造和便于设计的特性在近期受到广泛关注。
[0006]另一方面，常规通信频段频谱资源的短缺，未来宽带通信技术的工作频谱不断地向高频段迁移。工作频率的上升在带来丰富带宽资源的同时，也同步引入更大的技术挑战。其中一个突出的问题是由于高频信号工作波长短，要求电路尺寸大幅减小，因此电路实现方式由传统的PCB工艺向半导体芯片工艺过渡的趋势已不可逆转。微波单片集成电路(Microwave Monolithic Integrated Circuit,MMIC)凭借其小型化、性能稳定、一致性强、可靠性高、可量产等特性逐渐占据了相当一部分的民用和军用市场，基于砷化镓、氮化镓等
化合物工艺的MMIC芯片在电路实现方式上的灵活性使得设计一种能支持多频工作的功放成为可能。与此同时为了能够充分利用这些资源，开发出多模多频的通信系统成为了发展的趋势，为了达成这一目的，通常需要将多个工作在不同频率的功放整合在一起，这不仅提高了设计的复杂性而且不符合电路轻量化和小型化的发展趋势。
[0007]针对目前现有的需求，有必要进行研究，以提供一种通用的双频异相MMIC功率放大器的设计方案。

技术实现思路

[0008]本专利技术的一个目标在于针对现有技术的不足，提出双频可重构MMIC异相功率放大器，具体是一个单一电路同时支持双频工作的异相放大器，是将基于非等长传输线的异相功率放大器理论，针对单频功率放大器的各个部分进行双频带设计，其中作为核心部分的合成器采用带有开关的可重构T型结构，以代替合成器的非等长传输线，通过控制T型结构并联开关的状态，进而控制合成器的等效电长度，以实现功放的双频功能。
[0009]本专利技术双频可重构MMIC异相功率放大器，包括上下两路电路、双频可重构功率合成电路、后匹配电路；其中每路电路包括宽带输入匹配电路，RC稳定电路，栅极偏置电路，晶体管，双频寄生电容补偿电路。
[0010]所述上下两路电路中两路宽带输入匹配电路的输入为不同频率的等幅异相信号，其幅度完全相同且彼此相位关系满足特定条件。每一路宽带输入匹配电路采用了经典的宽带阻抗匹配结构，可以实现两个频点下晶体管的输入阻抗的全匹配。
[0011]所述可重构双频功率合成电路采用开关控制T型结构的并联电容来保证两个频率下上下路合成器的阻抗和相位关系；其包括上下两支路，上下两支路均采用参数不同但结构相同的可重构T型结构，该可重构T型结构包括串联传输线L8、并联电容C4、并联电容C5、分别连接两个并联电容C4、C5并接地的开关S1和S2、串联传输线L9。串联传输线L8的一端作为可重构T型结构的输入端，另一端与并联电容C4的一端、并联电容C5的一端、串联传输线L9的一端连接；并联电容C4和C5的另一端分别通过开关S1和开关S2接地；上下两路可重构T型结构的串联传输线L9的另一端互相连接作为可重构双频功率合成电路的输出端。
[0012]同一路可重构T型结构中所述串联传输线L8和L9电长度和特征阻抗相同；并联电容C4和C5的容值不同，分别对应两个频率下所需的容值。
[0013]上下两路不同可重构T型结构中串联传输线L8的电长度不同，特征阻抗相同；上下两路不同可重构T型结构中串联传输线L9的电长度不同，特征阻抗相同；上下两路不同可重构T型结构中并联电容C4的容值相同，并联电容C5的容值相同。
[0014]上下两支路中同一个可重构T型结构满足以下条件：
[0015][0016]其中C表示当前可重构T型结构中并联电容C4、C5的容值；串联传输线L8、L9 的电长度均为θ0；Z表示串联传输线L8、L9的特征阻抗，f＝f1或f2，表示归一化的中心频率。
[0017]作为优选，输入宽带匹配可以采用多阶LC拓扑或基于网络综合方式的宽带阻抗匹配结构，其目的是在一个宽频带内实现输入阻抗(通常为50欧姆)至晶体管栅级阻抗的有效
匹配。
[0018]更为优选，宽带输入匹配电路包括串联传输线L1，并联短路传输线L2，串联隔直电容C1，串联传输线L3，并联匹配电容C2，串联传输线L4。串联传输线L1的一端作为宽带输入匹配电路的输入端，串联传输线L1的另一端与并联短路传输线L2的一端、隔直电容C1的一端连接，并联短路传输线L2的另一端接地，串联传输线L3的一端与隔直电容C1的另一端连接，串联传输线L3的另一端与并联匹配电容C2的一端、串联传输线L4的一端连接，并联匹配电容C2的另一端接地，串联传输线L4的另一端作为宽带输入匹配电路的输出端；
[0019]作为优选，所述RC稳定电路为晶体管提供工作频带内稳定的工作条件，避免放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频可重构MMIC异相功率放大器，包括上下两路电路、双频可重构功率合成电路、后匹配电路；双频可重构功率合成电路的两个输入端分别接上下两路电路的输出端，双频可重构功率合成电路的输出端接后匹配电路的输入端，后匹配电路的输出端接50欧姆负载；其中上下两路中每路电路包括宽带输入匹配电路、RC稳定电路、栅极偏置电路、晶体管、双频寄生电容补偿电路，宽带输入匹配电路的输出接RC稳定电路的输入，栅极偏置电路的一端接RC稳定电路的输入端，栅极偏置电路的另一端接栅极偏置V
GS
，RC稳定电路的输出端接晶体管的栅极，双频寄生电容补偿网络的一端接晶体管的漏极，双频寄生电容补偿网络的另一端接漏极供电V
DS
，晶体管的漏极作为该路电路的输出；其特征在于：所述可重构双频功率合成电路包括上下两支路；所述上下两支路采用参数不同但结构相同的可重构T型结构，该可重构T型结构包括串联传输线L8、并联电容C4、并联电容C5、分别连接两个并联电容C4、C5并接地的开关S1和S2、串联传输线L9；串联传输线L8的一端作为可重构T型结构的输入端，另一端与并联电容C4的一端、并联电容C5的一端、串联传输线L9的一端连接；并联电容C4和C5的另一端分别通过开关S1和开关S2接地；上下两路可重构T型结构的串联传输线L9的另一端互相连接作为可重构双频功率合成电路的输出端；同一支路可重构T型结构中，所述串联传输线L8和L9电长度和特征阻抗相同；并联电容C4和C5的容值不同，分别对应两个频率下所需的容值；上下两支路不同可重构T型结构中，串联传输线L8的电长度不同，特征阻抗相同；串联传输线L9的电长度不同，特征阻抗相同；并联电容C4的容值相同，并联电容C5的容值相同。2.根据权利要求1所述的一种双频可重构MMIC异相功率放大器，其特征在于同一个可重构T型结构满足以下条件：其中C表示当前可重构T型结构中并联电容C4、C5的容值；串联传输线L8、L9的电长度均为θ0；Z表示串联传输线L8、L9的特征阻抗，f＝f1或f2，表示归一化的中心频率。3.根据权利要求1所述的一种双频可重构MMIC异相功率放大器，其特征在于所述上下两路电路中两路宽带输入匹配电路的输入为不同频率的等幅异相信号；其包括串联传输线L1，并联短路传输线L2，串联隔直电容C1，串联传输线L3，并联匹配电容C2，串联传输线L4；串联传输线L1的一端作为宽带输入匹配电路的输入端，串联传输线L1的另一端与并联短路传输线L2的一端、隔直电容C1的一端连接，并联短路传输线L2的另一端接地，串联传输线L3的一端与隔直电容C1的另一端连接，串联传输线L3的另一端与并联匹配电容C2的一端、串联传输线L4的一端连接，并联匹配电容C2的另一端接地，串联传输线L4的另一端作为宽带输入匹配电路的输出端。4.根据权利要求1所述的一种双频可重构MMIC异相功率放大器，其特征在于所述RC稳定电路包括由电阻R1和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世昌，刘康宁，赵鹏，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：