[发明专利]一种高功率分布型有源变压合成功率放大器

说明书

本发明公开了一种高功率分布型有源变压合成功率放大器，包括输入单端转差分匹配网络、第一差分三堆叠放大网络、第二差分三堆叠放大网络、第三差分三堆叠放大网络、第四差分三堆叠放大网络、分布式阻抗匹配变压网络以及与分布式阻抗匹配变压网络相连的第一至第四供电偏置网络。本发明核心架构采用第一至第四差分三堆叠放大网络，利用差分放大器良好的寄生参数抑制性，同时利用三堆叠晶体管高功率增益、高隔离度和高输出功率特性，与分布式阻抗匹配变压网络良好的功率合成特性相结合，使得整个功率放大器获得了良好的高增益、高效率和高功率输出能力。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管射频功率放大器和集成电路领域，特别是针对射频微波收发机末端的发射模块应用的一种高功率分布型有源变压合成功率放大器。

背景技术

随着无线通信系统和射频微波电路的快速发展，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高输出功率、高增益、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、高效率能力受限：传统功率放大器采用多路并联合成结构，或者是分布式结构，这两种结构的合成效率有限，导致一部分功率损耗在合成网络中，限制了高功率、高效率能力。

(2)低功耗、高增益放大能力受限：传统单端共源晶体管的功率放大器受到晶体管寄生参数的影响，在高频工作时增益较低，同时功率能力大大受限，实现低功耗的难度较大。

常见的高增益、高功率放大器的电路结构有很多，最典型的是多级、多路合成单端功率放大器，但是，传统多级、多路合成单端功率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传统多级、多路合成单端功率放大器采用多路并联合成结构时的输出阻抗较低，因此输出合成网络需要实现高阻抗变换比的阻抗匹配，这样往往需要牺牲放大器的增益、降低功率，因此限制了高功率、高效率能力。

②传统多级、多路合成单端功率放大器中，为了提高放大器增益提高隔离度的影响，也有采用Cascode晶体管放大结构，但是Cascode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，降低了输出功率特性。

由此可以看出，基于集成电路工艺的高增益、高功率放大器设计难点为：高功率、高效率输出难度较大；传统单个晶体管结构或Cascode晶体管的多路合成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高功率分布型有源变压合成功率放大器，结合了晶体管堆叠技术、分布式变压器合成技术的优点，具有高功率输出能力、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：一种高功率分布型有源变压合成功率放大器，包括输入单端转差分匹配网络、第一差分三堆叠放大网络、第二差分三堆叠放大网络、第三差分三堆叠放大网络、第四差分三堆叠放大网络、分布式阻抗匹配变压网络以及与分布式阻抗匹配变压网络相连的第一至第四供电偏置网络；

所述输入单端转差分匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，其第一输出端同时与所述第一至第四差分三堆叠放大网络的第一输入端连接，其第二输出端同时与所述第一至第四差分三堆叠放大网络的第二输入端连接；