[发明专利]一种基于晶体管堆叠技术的高效率连续F类功率放大器

说明书

本发明公开了一种基于晶体管堆叠技术的高效率连续F类功率放大器，包括输入基波匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、高效连续F类输出匹配网络、栅极供电偏置网络以及漏极供电偏置网络。本发明采用基于自偏结构的三堆叠晶体管结构，并结合了高效连续F类输出匹配网络，使得电路具有超宽带的高效率、高增益、高功率输出能力，并具有良好的输入输出匹配，同时不需要额外的堆叠栅极偏置电路。

技术领域

本发明属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种基于晶体管堆叠技术的高效率连续F类功率放大器的设计。

背景技术

随着现代军用、民用通信技术的发展，射频前端发射机也向超宽带、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超宽带、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，主要体现在超宽带、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。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于晶体管堆叠技术的高效率连续F类功率放大器，利用自偏置晶体管堆叠技术以及高效率连续F类匹配技术，实现超宽带下高效率、高增益、高功率输出特性。

本发明的技术方案为：一种基于晶体管堆叠技术的高效率连续F类功率放大器，包括输入基波匹配网络、三堆叠自偏置功率放大网络、高效连续F类输出匹配网络、栅极供电偏置网络以及漏极供电偏置网络；输入基波匹配网络的输入端为整个高效率连续F类功率放大器的输入端，其输出端与三堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；高效连续F类输出匹配网络的输出端为整个高效率连续F类功率放大器的输出端，其输入端与三堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接；三堆叠自偏置功率放大网络的输入端还与栅极供电偏置网络连接，漏极供电偏置网络分别与三堆叠自偏置功率放大网络以及高效连续F类输出匹配网络连接。

本发明的有益效果是：本发明采用基于自偏结构的三堆叠晶体管结构，并结合了高效连续F类输出匹配网络，使得电路具有超宽带的高效率、高增益、高功率输出能力，并具有良好的输入输出匹配，同时不需要额外的堆叠栅极偏置电路。

进一步地，输入基波匹配网络包括微带线TL₁，微带线TL₁的一端为输入基波匹配网络的输入端，其另一端分别与电容C₁的一端以及开路微带线TL₂连接，电容C₁的另一端为输入基波匹配网络的输出端。

上述进一步方案的有益效果是：本发明采用的输入基波匹配网络能够实现对射频输入的基波信号进行阻抗匹配，其中微带线TL₁和开路微带线TL₂组成的L型匹配枝节能够有效强化对信号的阻抗匹配作用。