一种超宽带高压高功率放大器电路制造技术

本发明专利技术公开了一种超宽带高压高功率放大器电路，包括负反馈式结构功率驱动单元和分布式结构末级功率输出单元；所述负反馈式结构功率驱动单元包括N个并联的Cascode结构管芯，且各Cascode结构管芯的输入端与输出端之间均串联第一MIM电容和第一电阻，形成射频反馈支路；所述分布式结构末级功率输出单元包括M个级联的Cascode结构管芯。本发明专利技术以Cascode结构管芯为基本单元，融合分布式和负反馈式电路拓扑结构的各自优势，极大地提高了超宽带功率单片集成功率放大器的性能。成功率放大器的性能。成功率放大器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带高压高功率放大器电路


[0001]本专利技术属于涉及单片微波集成电路（MMIC）领域，特别涉及了一种超宽带放大器电路。

技术介绍

[0002]宽带功率MMIC器件以其体积小、功率大、一致性好、可靠性高等优势，广泛应用于现代雷达、仪器仪表等系统中。如何在更宽频带，实现更大的输出功率，一直是学术界和工业界研究的热点课题。
[0003]传统的超宽带放大器芯片实现方式有电抗匹配放大器、负反馈放大器和分布式放大器三种拓扑结构。
[0004]电抗匹配式结构灵活多样、阻抗匹配精准，输出功率大和效率高等优势，但带宽通常小于3个倍频程，尤其是大功率功放，随着带宽的扩展，效率急剧下降，对于十倍频以上的高功率高效率放大器，电抗式匹配结构已难以实现。
[0005]负反馈式放大器可有效的拓展带宽，带宽达十倍频以上，同时有着较好的输入和输出驻波，但效率低，只适合中小功率驱动放大器的设计。
[0006]分布式放大器其频带宽度能达到几十倍频程，同时输入驻波比和输出驻波比小，结构简单易实现，其输出功率主要受到漏级工作电压的限制，想要提高输出功率，必须想办法进一步提高工作电压。但对指定的工艺而言，工作电压是固定的，因此对于传统基于共源管芯结构的分布式超宽带放大器，其输出功率通常受限。
[0007]Cascode（共源共栅）结构管芯，可等效为两个晶体管的串联，具有高工作电压，高输出阻抗，高增益，小输出电容特点，尤其适合宽带放大器的使用。但其缺点明显，Cascode管芯内部两个晶体管之间阻抗失配严重，稳定性差。
[0008]为了实现大功率、高效率、高稳定可靠的超宽带功率放大器，特别是频率带宽达到十倍频以上，单纯地使用分布式、电抗匹配或负反馈拓扑结构三种的某一种已难以实现或发挥不了器件的极致性能。

技术实现思路

[0009]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种超宽带高压高功率放大器电路。
[0010]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种超宽带高压高功率放大器电路，其特征在于：包括负反馈式结构功率驱动单元和分布式结构末级功率输出单元；所述负反馈式结构功率驱动单元包括N个并联的Cascode结构管芯，N≥1，且各Cascode结构管芯的输入端与输出端之间均串联第一MIM电容和第一电阻，形成射频反馈支路；所述分布式结构末级功率输出单元包括M个级联的Cascode结构管芯，M≥1。
[0011]进一步地，所述Cascode结构管芯的共栅结构管芯栅端通过串联第二MIM电容和第
二电阻到地。
[0012]进一步地，所述负反馈式结构功率驱动单元的输出端与分布式结构末级功率输出单元的输入端通过级间匹配结构相连。
[0013]进一步地，所述级间匹配结构包括输出端匹配电路和输入端匹配电路，所述负反馈式结构功率驱动单元通过输出端匹配电路使得其输出端阻抗Zout1匹配到某一特定阻抗点，所述分布式结构末级功率输出单元通过输入端匹配电路使得其输入端阻抗Zin1也匹配到相应特定阻抗点。
[0014]进一步地，所述输出端匹配电路包括第一微带线、串联MIM电容和并联MIM电容，所述第一微带线的一端连接负反馈式结构功率驱动单元的输出端，第一微带线的另一端经串联MIM电容与并联MIM电容的一端相连，并联MIM电容的另一端接地，串联MIM电容与并联MIM电容的公共端连接输入端匹配电路。
[0015]进一步地，所述输入端匹配电路包括第二微带线，所述第二微带线的一端连接输出端匹配电路，第二微带线的另一端连接分布式结构末级功率输出单元的输入端。
[0016]进一步地，所述输出端匹配电路包括漏极加电偏置电路，所述漏极加电偏置电路包括第三微带线、第三MIM电容和第三电阻，所述第三微带线的一端经第三MIM电容与第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端接地。
[0017]进一步地，晶圆的材料包括但不限于GaAs或GaN。
[0018]采用上述技术方案带来的有益效果：1、本专利技术通过对Cascode（共源共栅）管芯结构单元进行稳定性设计，可改善Cascode结构管芯结构内部失配，提高管芯稳定性和可靠性。Cascode结构管芯单元较传统共源管芯结构单元，具有高工作电压，高输出阻抗，高增益，小输出电容特点，适用于宽带放大器的设计。
[0019]2、本专利技术的功率输出级采用分布式结构，结构简单、损耗低，带宽可拓展十倍频以上，突破了电抗式结构的带宽限制，回避了宽带电抗匹配损耗大的设计难题，极大地提升了超宽带功率放大器的功率、效率特性。输出级采用分布式结构，等效为人工传输线，提高漏压，增大管芯等效输出阻抗，即可提高输出功率，尤其适用于以Cascode管芯结构为基本单元进行设计，而传统电抗式匹配需要遵循Bode
‑
Fano法则，提高电压，管芯等效输出阻抗增大，匹配损耗变大大，效率降低。
[0020]3、本专利技术的功率驱动级采用负反馈结构，可以克服电抗式宽带匹配输入端驻波较差等问题。同时对放大器输入级进行均衡设计，改善超宽带放大器的增益平坦度和低端的谐波抑制，从而提升超宽带功率放大器的整体性能。
[0021]4、本专利技术放大器的级间匹配单元采用了电抗匹配结构，充分发挥电抗匹配结构的阻抗匹配精准，结构丰富的特点，改善驱动级和输出级之间的阻抗失配，提高超宽带功率放大器的增益和效率。
附图说明
[0022]图1为以Cascode结构管芯为基本单元的负反馈式与分布式相融合的电路拓扑结构示意图；图2为以Cascode结构管芯为基本单元的负反馈式与分布式相融合的级间阻抗匹
配示意图；图3为以Cascode结构管芯为基本单元的负反馈式与分布式结构相融合的具体电路示意图；图4为以Cascode结构管芯为基本单元的负反馈式与分布式结构相融合的具体电路实测结果图。
具体实施方式
[0023]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0024]本专利技术设计了一种超宽带高压高功率放大器电路，包括Cascode（共源共栅）结构管芯结构单元、负反馈和分布式匹配结构之间的融合设计方法以及电路匹配结构，结合三种结构的各自优势，可以发挥器件的最佳性能，提高超宽带功率放大器的整体性能。
[0025]本专利技术设计的超宽带高压高功率放大器电路，以Cascode结构管芯为基本单元103，电路拓扑结构包括负反馈式结构功率驱动单元101和分布式结构末级功率输出单元102。见图1。
[0026]在所述负反馈式结构功率驱动单元101中，采用由N个Cascode结构晶体管并联的负反馈结构，MIM电容122和电阻142串联在晶体管的输入和输出之间，形成射频反馈支路。
[0027]在所述分布式结构末级功率输出单元102中，采用M个晶体管级联的分布式结构。
[0028]优选地，所述Cascode结构管芯单元103的共栅结构管芯的栅端，串联MIM电容121和电阻141到地回路，形成稳定性设计单元，可提高Cascode共源共栅结构管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带高压高功率放大器电路，其特征在于：包括负反馈式结构功率驱动单元和分布式结构末级功率输出单元；所述负反馈式结构功率驱动单元包括N个并联的Cascode结构管芯，N≥1，且各Cascode结构管芯的输入端与输出端之间均串联第一MIM电容和第一电阻，形成射频反馈支路；所述分布式结构末级功率输出单元包括M个级联的Cascode结构管芯，M≥1。2.根据权利要求1所述超宽带高压高功率放大器电路，其特征在于：所述Cascode结构管芯的共栅结构管芯栅端通过串联第二MIM电容和第二电阻到地。3.根据权利要求1所述超宽带高压高功率放大器电路，其特征在于：所述负反馈式结构功率驱动单元的输出端与分布式结构末级功率输出单元的输入端通过级间匹配结构相连。4.根据权利要求3所述超宽带高压高功率放大器电路，其特征在于：所述级间匹配结构包括输出端匹配电路和输入端匹配电路，所述负反馈式结构功率驱动单元通过输出端匹配电路使得其输出端阻抗Zout1匹配到某一特定阻抗点，所述分布式结构末级功率输出单元通过输入端匹配电路使得其输入端阻抗Zin1也匹配到相...

【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，陶洪琪，刘宪锁，吴瑞南，余旭明，叶川，
申请(专利权)人：中电国基南方集团有限公司，
类型：发明
国别省市：