一种超宽带高效率MMIC功率放大器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种超宽带高效率MMIC功率放大器，包括栅极人工传输线、漏极人工传输线、阻抗逆时针旋转补偿放大单元和相位补偿放大单元，阻抗逆时针旋转补偿放大单元包括第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路和第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路，相位补偿放大单元包括第一相位补偿放大电路和第二相位补偿放大电路，第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的输出阻抗小于第二阻抗逆时针旋转放大电路的输出阻抗小于第一相位补偿放大电路的输出阻抗小于第二相位补偿放大电路的输出阻抗。相位补偿放大电路的输出阻抗。相位补偿放大电路的输出阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带高效率MMIC功率放大器及其设计方法


[0001]本专利技术涉及集成电路技术，尤其指的是一种超宽带高效率MMIC功率放大器及其设计方法。

技术介绍

[0002]无线通信技术的发展，极大地促进了微波频段的卫星通信、相控阵雷达、海陆空一体化通信及作战系统等的发展。相应地，对微系统提出了功能融合、小型化和高效率等新的要求。功率放大器简称功放，作为微系统发射机末端的器件，其带宽、效率等性能严重制约着高速通信、数据传输和多种通信标准的融合，直接影响了实时多任务、多目标的功能融合微系统的研发。然而，宽带和高效率功放的设计依然存在挑战与难度。在工作机理上，功放的带宽与效率是相互制约的，这就导致同时难以实现大带宽和高效率的设计。
[0003]众所周知，功放优良的输出特性得益于负载牵引技术，它反映出了晶体管的最佳输出功率和最佳效率的阻抗值的分布情况。在实际设计中，设计人员往往需要根据输出指标对功放的功率和效率进行折衷选取。
[0004]对于窄带功放而言，如何简单、准确地匹配到最佳阻抗点成为了窄带功放设计的难点。而对宽带功放而言，设计最大的难点在于如何克服“目标阻抗逆时针旋转”现象，即在宽带的范围内，目标阻抗值随着频率的增加呈现逆时针旋转，而匹配网络阻抗值随频率的增加呈现顺时针旋转的现象，这种“阻抗曲线反向旋转”现象使得在进行宽带匹配时，无法将所有的频点都进行最佳负载阻抗匹配，这就导致晶体管只能在窄带范围内实现最佳负载阻抗匹配，无法在宽带范围内实现最佳负载匹配，因此，上述问题亟待能有更灵活和更优的方案，来解决宽带范围内最佳阻抗匹配的问题。

技术实现思路

[0005]针对阻抗曲线反向旋转的问题，本专利技术提出了一种具有阻抗逆时针旋转补偿特性的超宽带高效率MMIC功率放大器，并给出了对应的功率放大器设计方法，基于“阻抗逆时针补偿”技术和输出信号相位补偿技术结合非均匀分布式放大放器结构，实现了功率放大器的超宽带高效率特性，解决了超宽带功放效率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种超宽带高效率MMIC功率放大器，包括栅极人工传输线、漏极人工传输线、阻抗逆时针旋转补偿放大单元和相位补偿放大单元，阻抗逆时针旋转补偿放大单元包括第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路和第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路，相位补偿放大单元包括第一相位补偿放大电路和第二相位补偿放大电路，栅极人工传输线上依次连接有射频输入端、第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极、第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极、第一相位补偿放大电路的栅极、第二相位补偿放大电路的栅极和栅极偏置电源端，漏极人工传输线上依次连接有漏极偏置电源端、第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的漏极、第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路的漏极、第一相位补偿放大电路的漏极、第二相位补偿放大
电路的漏极和射频输出端，第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的输出阻抗小于第二阻抗逆时针旋转放大电路的输出阻抗小于第一相位补偿放大电路的输出阻抗小于第二相位补偿放大电路的输出阻抗。
[0008]作为优选，所述第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路包括晶体管M1和第一阻抗匹配网络，第一阻抗匹配网络连接在晶体管M1的漏极上，第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路包括晶体管M2和第二阻抗匹配网络，第二阻抗匹配网络连接在晶体管M2的漏极上，第一相位补偿放大电路包括晶体管M3和电容C6，电容C6的一端连接在晶体管M3的漏极上，电容C6的另一端接地，第二相位补偿放大电路包括晶体管M4和电容C7，电容C7的一端连接在晶体管M3的漏极上，电容C7的另一端接地。
[0009]作为优选，所述晶体管M1的尺寸大于晶体管M2的尺寸大于晶体管M3的尺寸大于晶体管M4的尺寸。
[0010]作为优选，所述第一阻抗匹配网络为LC匹配网络。
[0011]作为优选，所述第一阻抗匹配网络包括电感L7和电容C4，电感L7的一端连接在晶体管M1的漏极上，电感L7的另一端连接在漏极人工传输线上，电容C4的一端连接在电感L7和漏极人工传输线上，电容C4的另一端接地。
[0012]作为优选，所述晶体管M1包括寄生电容Cds，寄生电容Cds和第一阻抗匹配网络构成π型匹配网络。
[0013]作为优选，所述第二阻抗匹配网络为LC匹配网络。
[0014]作为优选，所述第二阻抗匹配网络包括电感L8和电容C5，电感L8的一端连接在晶体管M2的漏极上，电感L8的另一端连接漏极人工传输线上，电容C5的一端连接在电感L8和漏极人工传输线之间，电感C5的另一端接地。
[0015]作为优选，所述栅极人工传输线包括微带线L1、微带线L2、微带线L3、微带线L4和微带线L5，各个微带线的宽度相近。
[0016]作为优选，所述漏极人工传输线包括阻抗渐变线，阻抗渐变线在射频信号传输方向上的特征阻抗是逐级变小的。
[0017]作为优选，所述阻抗渐变线采用微带线制成，阻抗渐变线在射频信号传输方向上的宽度是逐级变大的。
[0018]作为优选，所述阻抗渐变线包括依次连接在一起的微带线L10、微带线L11、微带线L12和微带线L13，微带线L10的宽度小于微带线L11的宽度小于微带线L12小于微带线L13。
[0019]作为优选，所述漏极人工传输线还包括电感L9，电感L9设置在漏极偏置电源端和第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路之间，电感L9起到偏置电感的作用。
[0020]作为优选，还包括RC稳定性结构，RC稳定性结构连接在第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极和栅极人工传输线之间，还连接在第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极和栅极人工传输线之间，还连接在第一相位补偿放大电路的栅极和栅极人工传输线之间，还连接在第二相位补偿放大电路的栅极和栅极人工传输线之间。
[0021]作为优选，所述RC稳定性结构包括第一RC电路、第二RC电路、第三RC电路和第四RC电路，第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极通过第一RC电路连接在栅极人工传输线上。第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极通过第二RC电路连接在栅极人工传输线上，第一相位补偿放大电路的栅极通过第三RC电路连接在栅极人工传输线上，第二相位补偿放
大电路的栅极通过第四RC电路连接在栅极人工传输线上。
[0022]作为优选，所述第一RC电路包括电阻Rc1和电容Cc1，电阻Rc1和电容Cc1并联在一起，第二RC电路包括电阻Rc2和电容Cc2，电阻Rc2和电容Cc2并联在一起，第三RC电路包括电阻Rc3和电容Cc3，电阻Rc3和电容Cc3并联在一起，第三RC电路包括电阻Rc4和电容Cc4，电阻Rc4和电容Cc4并联在一起。
[0023]作为优选，还包括输入阻抗匹配和电阻R3，第四相位补偿放大电路、输入阻抗匹配、电阻R3和栅极偏置电源端依次连接在栅极人工传输线上。
[0024]作为优选，所述输入阻抗匹配为π型匹配网络，包括电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和电感L6，电感L6的一端连接在微带线L5上，电感L6的另一端连接在电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，包括栅极人工传输线、漏极人工传输线、阻抗逆时针旋转补偿放大单元和相位补偿放大单元，阻抗逆时针旋转补偿放大单元包括第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路和第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路，相位补偿放大单元包括第一相位补偿放大电路和第二相位补偿放大电路，栅极人工传输线上依次连接有射频输入端、第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极、第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路的栅极、第一相位补偿放大电路的栅极、第二相位补偿放大电路的栅极和栅极偏置电源端，漏极人工传输线上依次连接有漏极偏置电源端、第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的漏极、第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路的漏极、第一相位补偿放大电路的漏极、第二相位补偿放大电路的漏极和射频输出端，第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路的输出阻抗小于第二阻抗逆时针旋转放大电路的输出阻抗小于第一相位补偿放大电路的输出阻抗小于第二相位补偿放大电路的输出阻抗。2.根据权利要求1所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述第一阻抗逆时针旋转补偿放大电路包括晶体管M1和第一阻抗匹配网络，第一阻抗匹配网络连接在晶体管M1的漏极上，第二阻抗逆时针旋转补偿放大电路包括晶体管M2和第二阻抗匹配网络，第二阻抗匹配网络连接在晶体管M2的漏极上，第一相位补偿放大电路包括晶体管M3和电容C6，电容C6的一端连接在晶体管M3的漏极上，电容C6的另一端接地，第二相位补偿放大电路包括晶体管M4和电容C7，电容C7的一端连接在晶体管M3的漏极上，电容C7的另一端接地，电感L8和电容C5，电感L8的一端连接在晶体管M2的漏极上，电感L8的另一端连接漏极人工传输线上，电容C5的一端连接在电感L8和漏极人工传输线之间，电感C5的另一端接地。3.根据权利要求2所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述晶体管M1的尺寸大于晶体管M2的尺寸大于晶体管M3的尺寸大于晶体管M4的尺寸。4.根据权利要求3所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述第一阻抗匹配网络包括电感L7和电容C4，电感L7的一端连接在晶体管M1的漏极上，电感L7的另一端连接在漏极人工传输线上，电容C4的一端连接在电感L7和漏极人工传输线上，电容C4的另一端接地。5.根据权利要求4所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述晶体管M1包括寄生电容Cds，寄生电容Cds和第一阻抗匹配网络构成π型匹配网络。6.根据权利要求1所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述漏极人工传输线包括阻抗渐变线，阻抗渐变线在射频信号传输方向上的特征阻抗是逐级变小的。7.根据权利要求6所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述阻抗渐变线采用微带线制成，阻抗渐变线在射频信号传输方向上的宽度是逐级变大的。8.根据权利要求7所述的一种超宽带高效率MMIC功率放大器，其特征在于，所述阻抗渐变线包括依次连接在一起的微带线L10、...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏国东，李圣麒，刘军，王翔，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：