[发明专利]一种基于HBT-HEMT堆叠技术的超宽带放大器

说明书

本发明公开了一种基于HBT‑HEMT堆叠技术的超宽带放大器，包括二阶矩阵输入分配网络、二阶矩阵级间平衡网络、二阶矩阵输出合成网络、第一CECG堆叠晶体管、第二CECG堆叠晶体管、第三CECG堆叠晶体管、第四CECG堆叠晶体管,与二阶矩阵级间平衡网络和二阶矩阵输出合成网络相连的第一馈电网络和与第一至第四CECG堆叠晶体管相连的第二馈电网络，本发明核心架构采用第一至第四CECG堆叠型晶体管组成的矩阵放大网络，结合了二阶矩阵功率放大器超宽带频响特性，从而改善了传统单一CE堆叠或者CG堆叠放大器的高频失配特点，使得整个功率放大器获得了良好的宽带高增益和高功率输出能力。

技术领域

本发明涉及异质结双极性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基于HBT-HEMT堆叠技术的超宽带放大器。

背景技术

随着扩频技术、软件无线电、超宽带通信、无线局域网(WLAN)等的快速发展，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)宽带高增益放大能力受限：传统单晶体管收到增益带宽积的影响，需要牺牲增益才能获得超宽带放大能力，因此，宽带高增益放大能力受到严重的限制。

(2)宽带高功率放大能力受限：半导体工艺中晶体管的特征频率越来越高，由此带来了低击穿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，电路无法满足低功耗或者绿色通信需求。

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晶体管采用分布式放大排列的方式实现，由于单晶体管受到寄生参数的影响，随着工作频率升高时，其功率增益会显著降低、同时功率特性等也会显著恶化，因此为了获得超宽带平坦的放大结构，必须要牺牲低频增益来均衡高频损耗，导致传统分布式放大器的超宽带增益很低；

②为了提高放大器增益提高隔离度的影响，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，却无法增益随频率显著恶化的趋势，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。

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难度较大；传统单个晶体管结构或Cascode晶体管的分布式放大结构存在很多局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于HBT-HEMT堆叠技术的超宽带放大器，结合了基于三极管堆叠技术和矩阵放大器的优点，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。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于HBT-HEMT堆叠技术的超宽带放大器，其特征在于，包括二阶矩阵输入分配网络、二阶矩阵级间平衡网络、二阶矩阵输出合成网络、第一CECG堆叠晶体管、第二CECG堆叠晶体管、第三CECG堆叠晶体管、第四CECG堆叠晶体管以及与二阶矩阵级间平衡网络和二阶矩阵输出合成网络相连的第一馈电网络和与第一至第四CECG堆叠晶体管相连的第二馈电网络；

二阶矩阵输入分配网络的输入端为整个基于HBT-HEMT堆叠技术的超宽带放大器的输入端，其第一输出端与第一CECG堆叠晶体管的输入端连接，其第二输出端与第二CECG堆叠晶体管的输入端连接；