[实用新型]一种考虑密勒效应的分布式二堆叠结构的功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及场效应晶体管射频功率放大器和集成电路领域，特别是针对超宽带收发机末端的发射模块应用的一种高效率、高输出功率、高增益的分布式功率放大器。

背景技术

随着电子战、软件无线电、超宽带通信、无线局域网(WLAN)等军用电子对抗与通信、民用通信市场的快速发展，射频前端收发器也向高性能、高集成、低功耗的方向发展。因此市场迫切的需求发射机的射频与微波功率放大器具有超宽带、高输出功率、高效率、低成本等性能，而集成电路正是有望满足该市场需求的关键技术。

然而，当采用集成电路工艺设计实现射频与微波功率放大器芯片电路时，其性能和成本受到了一定制约，主要体现：

(1)高功率高效率放大能力受限：半导体工艺中晶体管的栅长越来越短，由此带来了低击穿电压和高膝点电压，从而限制了单一晶体管的功率容量。为了获得高功率能力，往往需要多路晶体管功率合成，但是由于多路合成网络的能量损耗导致功率放大器的效率比较低，因此高功率、高效率能力较差。

(2)超宽带高功率放大能力受限：为满足高功率指标就需要多个晶体管功率合成，但是多路合成的负载阻抗大大降低，从而导致了很高的阻抗变换比；在高阻抗变换比下，实现宽带特性是极大的挑战。

常见的超宽带高功率放大器的电路结构有很多，最典型的是传统分布式放大器，但是，传统分布式放大器要同时满足各项参数的要求十分困难，主要是因为：

①在传统的分布式功率放大器中，核心放大电路是多个单一场效应晶体管FET(field-effect transistor)采用分布式放大排列的方式实现，由于单一场效应晶体管其功率增益较低、最佳阻抗偏低、隔离度较差、因此也导致反射特性恶化，从而降低了合成效率；

②传统分布式放大器的设计中为了分析简单，往往忽略了密勒电容对于电路的影响，从而导致电路结构设计完后需要大量的工作进行电路调试，耗费了大量的人力物力，降低了电路设计效率；

③此外，为了降低了密勒效应对于电路的影响，也有采用Cascode双晶体管分布式放大结构，但是Cascode双晶体管虽然增加了电路隔离度，却无法改善功率增益等指标，也无法实现Cascode双晶体管间的最佳阻抗匹配，从而降低了输出功率特性。

目前，有人提出一种堆叠功率放大器，核心放大电路是一个多晶体管堆叠形成的高阻抗高电压场效应晶体管HiFET(High-Impedance,High-Voltage field-effect transistor)，这种HiFET中，也是采用晶体管源极和漏极顺次串联的结构，来实现高电压摆幅和高输出负载阻抗，从而克服低击穿电压限制并具有极佳的宽带输出特性。此外，它的高输出阻抗可以直接被设计为50Ω的标准负载阻抗，从而避免采用电感或者变压器等设计的输出匹配电路，大大降低了芯片面积。然而，尽管输出功率较高，但是现有的堆叠结构的放大器往往均采用单个HiFET结构实现，其带宽特性同传统的单晶体管分布式放大器相比，仍然有较大的差距。

由此可以看出，基于集成电路工艺的超宽带射频功率放大器设计难点为：超宽带下高功率输出、高功率增益难度较大；单个HiFET结构或Cascode晶体管的分布式放大结构存在很多局限性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种考虑密勒效应的分布式二堆叠结构的功率放大器，结合了单个HiFET结构放大器和分布式放大器的优点，具有超宽带下高功率输出能力、高功率增益、良好的输入输出匹配特性且成本低等优点。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种考虑密勒效应的分布式二堆叠结构的功率放大器，包括分布式二堆叠HiFET放大网络、偏置电压、考虑密勒效应的栅极人工传输线及考虑密勒效应的漏极人工传输线，所述分布式二堆叠HiFET放大网络由k个二堆叠HiFET结构组成，其中k值大于等于3；所述二堆叠HiFET结构由两个晶体管按照源极漏极相连堆叠构成，

所述二堆叠HiFET结构的最底层的晶体管的源极接地，栅极通过并联的RC稳定电路接到所述考虑密勒效应的栅极人工传输线；

所述二堆叠HiFET结构的最上层的晶体管的栅极通过分压电阻连接到所述偏置电压，同时，所述栅极连接由栅极补偿电容连接接地组成的补偿电路，漏极和源极之间并联高频补偿电容，漏极连接到所述考虑密勒效应的漏极人工传输线。