[发明专利]一种改进型超宽带高效率功率放大器

说明书

本发明公开了一种改进型超宽带高效率功率放大器，该放大器包括多级共源共栅结构的共源级管芯FET1和共栅级管芯FET2、偏置电路、栅极RC电路、输入匹配电路和非均匀输出匹配电路，共源级管芯FET1的栅极经过栅极RC电路与输入匹配电路连接，共栅级管芯FET2的栅极经过偏置电路与共栅级管芯供电端连接，共栅级管芯FET2的漏极与非均匀输出匹配电路连接。本发明通过在分布式功率放大器的栅极串联栅极RC并联电路，从而实现减小栅极总电容，扩展分布式功放的带宽，提高功放的稳定性；并且在分布式功率放大器的漏极采用非均匀传输线来进行匹配，从而使得晶体管的阻抗匹配达到最优，显著增大功率放大器的效率。

技术领域

本发明属于宽带功率放大器技术领域，具体涉及一种改进型超宽带高效率功率放大器。

背景技术

随着军事作战系统覆盖领域的不断扩大，超宽带通信由于其自身的特殊优势在通信领域内所具有的地位不言而喻。目前，超宽带通信主要应用于雷达、军事通信、电子对抗等领域，尤其是近年来雷达技术飞速发展，许多新体制雷达应运而生，如有源相控阵雷达、电子通信一体化雷达等，均需要功率放大器具有高效率、高功率、超带宽等特性。

在其它各个领域中，超宽带放大器的应用也很广泛。在通信系统中需要覆盖多个频带来支持多种通信标准，一些做法是将多个射频模块集成到一块电路板上，不仅面积增加，使系统增大了功耗，而且也引起了兼容性的问题，宽带的支持多频带的无线通信系统可以解决这些问题；在医疗方面，高分辨率医学成像系统由于其分辨率高、对比度高、成本低引起了人们的广泛关注和使用，而为了提高系统的分辨率，需要利用宽带的射频前端来构建这种系统。

宽带功率放大器将直流电源的能量转换为大功率的射频能量，是宽带射频前端中必不可少的单元。功率放大器的功耗占据发射链路功耗的绝大部分，功率放大器的效率决定了射频发射链路的效率。因此，迫切需要提高超宽带功率放大器的效率，以提高超宽带射频前端的整体效率。

功率放大器通常采用大尺寸的晶体管来获得足够的输出功率，但大尺寸晶体管的寄生电阻、电容会显著降低高频段的增益使工作频率减小，增加对负载变化的敏感度。通常情况下频率每增加一倍，增益会下降6dB。因此，在多个倍频程的频带范围内，功率放大器同时实现良好的增益平坦度和输出功率平坦度以及较高的效率难度较大。

针对效率低、增益平坦度和输出功率平坦度差的情况，一般采用传统分布式放大器来进行设计，在这种放大器结构中，晶体管的输入输出的寄生电容被集总电感综合，形成了人造传输线。这些传输线把器件的跨导并联在一起，使放大器在很宽的带宽内获得良好的增益和平稳的增益平坦度，但是输出功率较小，需要增加级数来实现所需的输出功率，这样一来就会使芯片的面积增加。

传统分布式功率放大器的输出功率较小，效率较低，主要的问题存在于：1、各级晶体管从漏极看向两侧的阻抗相等，只有一半的漏极电流会流向输出端，另一半的漏极电流会流向漏极的吸收电阻，导致输出功率、增益和效率均下降；2、电流是从前到后逐级叠加的，而各级晶体管的漏极负载阻抗是相同的，所以各级晶体管的漏级电压摆幅不同，后级晶体管具有更大的电压摆幅，而各级晶体管的漏极偏置电压相同，导致前级晶体管的电压摆幅空间有很大的浪费，降低了输出功率和效率。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种改进型超宽带高效率功率放大器。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：