一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器，包括分布式二堆疊HiFET放大網絡、偏置電壓、考慮密勒效應的柵極人工傳輸線及考慮密勒效應的漏極人工傳輸線，本實用新型專利技術核心架構采用分布式二堆疊HiFET放大網絡,分布式二堆疊HiFET放大網絡至少由三個二堆疊HiFET結構組成；同時，本實用新型專利技術考慮了二晶體管堆疊結構的密勒效應對于人工傳輸線的等效電容的影響，大大提高了電路設計的精確性，降低了電路后期調試的難度，使得整個功率放大器獲得了良好的寬帶功率輸出能力和功率增益能力，避免了集成電路工藝的低擊穿電壓特性，提高電路的穩定性與可靠性。

【技術實現步驟摘要】
一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器
本技術涉及場效應晶體管射頻功率放大器和集成電路領域，特別是針對超寬帶收發機末端的發射模塊應用的一種高效率、高輸出功率、高增益的分布式功率放大器。
技術介紹
隨著電子戰、軟件無線電、超寬帶通信、無線局域網(WLAN)等軍用電子對抗與通信、民用通信市場的快速發展，射頻前端收發器也向高性能、高集成、低功耗的方向發展。因此市場迫切的需求發射機的射頻與微波功率放大器具有超寬帶、高輸出功率、高效率、低成本等性能，而集成電路正是有望滿足該市場需求的關鍵技術。然而，當采用集成電路工藝設計實現射頻與微波功率放大器芯片電路時，其性能和成本受到了一定制約，主要體現：(1)高功率高效率放大能力受限：半導體工藝中晶體管的柵長越來越短，由此帶來了低擊穿電壓和高膝點電壓，從而限制了單一晶體管的功率容量。為了獲得高功率能力，往往需要多路晶體管功率合成，但是由于多路合成網絡的能量損耗導致功率放大器的效率比較低，因此高功率、高效率能力較差。(2)超寬帶高功率放大能力受限：為滿足高功率指標就需要多個晶體管功率合成，但是多路合成的負載阻抗大大降低，從而導致了很高的阻抗變換比；在高阻抗變換比下，實現寬帶特性是極大的挑戰。常見的超寬帶高功率放大器的電路結構有很多，最典型的是傳統分布式放大器，但是，傳統分布式放大器要同時滿足各項參數的要求十分困難，主要是因為：①在傳統的分布式功率放大器中，核心放大電路是多個單一場效應晶體管FET(field-effecttransistor)采用分布式放大排列的方式實現，由于單一場效應晶體管其功率增益較低、最佳阻抗偏低、隔離度較差、因此也導致反射特性惡化，從而降低了合成效率；②傳統分布式放大器的設計中為了分析簡單，往往忽略了密勒電容對于電路的影響，從而導致電路結構設計完后需要大量的工作進行電路調試，耗費了大量的人力物力，降低了電路設計效率；③此外，為了降低了密勒效應對于電路的影響，也有采用Cascode雙晶體管分布式放大結構，但是Cascode雙晶體管雖然增加了電路隔離度，卻無法改善功率增益等指標，也無法實現Cascode雙晶體管間的最佳阻抗匹配，從而降低了輸出功率特性。目前，有人提出一種堆疊功率放大器，核心放大電路是一個多晶體管堆疊形成的高阻抗高電壓場效應晶體管HiFET(High-Impedance,High-Voltagefield-effecttransistor)，這種HiFET中，也是采用晶體管源極和漏極順次串聯的結構，來實現高電壓擺幅和高輸出負載阻抗，從而克服低擊穿電壓限制并具有極佳的寬帶輸出特性。此外，它的高輸出阻抗可以直接被設計為50Ω的標準負載阻抗，從而避免采用電感或者變壓器等設計的輸出匹配電路，大大降低了芯片面積。然而，盡管輸出功率較高，但是現有的堆疊結構的放大器往往均采用單個HiFET結構實現，其帶寬特性同傳統的單晶體管分布式放大器相比，仍然有較大的差距。由此可以看出，基于集成電路工藝的超寬帶射頻功率放大器設計難點為：超寬帶下高功率輸出、高功率增益難度較大；單個HiFET結構或Cascode晶體管的分布式放大結構存在很多局限性。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題是提供一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器，結合了單個HiFET結構放大器和分布式放大器的優點，具有超寬帶下高功率輸出能力、高功率增益、良好的輸入輸出匹配特性且成本低等優點。本技術解決上述技術問題的技術方案如下：一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器，包括分布式二堆疊HiFET放大網絡、偏置電壓、考慮密勒效應的柵極人工傳輸線及考慮密勒效應的漏極人工傳輸線，所述分布式二堆疊HiFET放大網絡由k個二堆疊HiFET結構組成，其中k值大于等于3；所述二堆疊HiFET結構由兩個晶體管按照源極漏極相連堆疊構成，所述二堆疊HiFET結構的最底層的晶體管的源極接地，柵極通過并聯的RC穩定電路接到所述考慮密勒效應的柵極人工傳輸線；所述二堆疊HiFET結構的最上層的晶體管的柵極通過分壓電阻連接到所述偏置電壓，同時，所述柵極連接由柵極補償電容連接接地組成的補償電路，漏極和源極之間并聯高頻補償電容，漏極連接到所述考慮密勒效應的漏極人工傳輸線。本技術的有益效果是：本技術核心架構采用分布式二堆疊HiFET放大網絡,分布式二堆疊HiFET放大網絡至少由三個二堆疊HiFET結構組成，所述二堆疊HiFET結構由兩個晶體管按照源極漏極相連堆疊構成，二堆疊HiFET結構的柵極補償電容是容值較小的電容，用于實現柵極電壓的同步擺動,二堆疊HiFET的漏源端并聯高頻補償電容，用于補償柵源之間的信號泄露，采用分布式二堆疊HiFET放大網絡，可以提高輸出功率，改善隔離特性，實現二堆疊晶體管間的阻抗匹配，同時獲得良好的高頻特性；同時，本技術考慮了三晶體管堆疊結構的密勒效應對于人工傳輸線的等效電容的影響，大大提高了電路設計的精確性，降低了電路后期調試的難度，使得整個功率放大器獲得了良好的寬帶功率輸出能力和功率增益能力，避免了集成電路工藝的低擊穿電壓特性，提高電路的穩定性與可靠性。在上述技術方案的基礎上，本技術還可以做如下改進。進一步，所述補償電路的柵極補償電容還串接一柵極補償電阻。采用上述進一步方案的有益效果是柵極補償電阻起到穩定電路的作用。進一步，所述考慮密勒效應的柵極人工傳輸線由柵極吸收負載、柵極隔直電容、柵極饋電電感、k+1個柵極傳輸線等效電感和k個柵極傳輸線等效電容構成。采用上述進一步方案的有益效果是考慮了二堆疊HiFET結構的密勒效應對于人工傳輸線的等效電容的影響，大大提高了電路設計的精確性，降低了電路后期調試的難度。進一步，所述考慮密勒效應的漏極人工傳輸線由漏極吸收負載、漏極隔直電容、漏極饋電電感、k+1個漏極傳輸線等效電感和k個漏極傳輸線等效電容構成。采用上述進一步方案的有益效果是考慮了二堆疊HiFET結構的密勒效應對于人工傳輸線的等效電容的影響，提高了設計精度，降低了電路后期調試的難度，縮短了設計周期。進一步，所述分布式二堆疊HiFET放大網絡為為有源放大網絡，考慮密勒效應的柵極人工傳輸線及考慮密勒效應的漏極人工傳輸線均為無源網絡。采用上述進一步方案的有益效果，考慮了二堆疊HiFET結構的密勒效應對于人工傳輸線的等效電容的影響，提高了設計精度，降低了電路后期調試的難度，縮短了設計周期。附圖說明圖1為本技術功率放大器原理框圖；圖2為本技術中二晶體管堆疊結構原理框圖；圖3為本技術功率放大器電路圖；圖4為本技術中對應于二晶體管堆疊結構的電路原理圖；圖5為本技術晶體管簡化小信號等效模型的電路原理圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本技術，并非用于限定本技術的范圍。如圖1、圖2所示，本專利技術提供了一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器,是一種采用分布式二堆疊HiFET放大網絡為核心的超寬帶射頻功率放大器，采用集成電路工藝進行設計，該分布式二堆疊HiFET放大網絡為有源網絡，考慮密勒效應的柵極人工傳輸線及考慮密勒效應的漏極人工傳輸線為無源網絡。該分布式功率放大器包括一種考慮密勒效應的分布式本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器，其特征在于，包括分布式二堆疊HiFET放大網絡、偏置電壓、考慮密勒效應的柵極人工傳輸線及考慮密勒效應的漏極人工傳輸線，所述分布式二堆疊HiFET放大網絡由k個二堆疊HiFET結構組成，其中k大于等于3；所述二堆疊HiFET結構由兩個晶體管按照源極漏極相連堆疊構成，所述二堆疊HiFET結構的最底層的晶體管的源極接地，柵極通過并聯的RC穩定電路接到所述考慮密勒效應的柵極人工傳輸線；所述二堆疊HiFET結構的最上層的晶體管的柵極通過分壓電阻連接到所述偏置電壓，同時，所述柵極連接由柵極補償電容連接接地組成的補償電路，漏極和源極之間并聯高頻補償電容，漏極連接到所述考慮密勒效應的漏極人工傳輸線。

【技術特征摘要】
1.一種考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率放大器，其特征在于，包括分布式二堆疊HiFET放大網絡、偏置電壓、考慮密勒效應的柵極人工傳輸線及考慮密勒效應的漏極人工傳輸線，所述分布式二堆疊HiFET放大網絡由k個二堆疊HiFET結構組成，其中k大于等于3；所述二堆疊HiFET結構由兩個晶體管按照源極漏極相連堆疊構成，所述二堆疊HiFET結構的最底層的晶體管的源極接地，柵極通過并聯的RC穩定電路接到所述考慮密勒效應的柵極人工傳輸線；所述二堆疊HiFET結構的最上層的晶體管的柵極通過分壓電阻連接到所述偏置電壓，同時，所述柵極連接由柵極補償電容連接接地組成的補償電路，漏極和源極之間并聯高頻補償電容，漏極連接到所述考慮密勒效應的漏極人工傳輸線。2.根據權利要求1所述的考慮密勒效應的分布式二堆疊結構的功率...

【專利技術屬性】
技術研發人員：滑育楠，鄔海峰，胡柳林，陳依軍，廖學介，呂繼平，童偉，王測天，
申請(專利權)人：成都嘉納海威科技有限責任公司，
類型：新型
國別省市：四川,51