CN105978513A - 一种分布式功率放大器 - Google Patents

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Abstract

一种分布式功率放大器，在输入端和输出端之间包括多组并联的增益单元，每组增益单元由两个子增益单元构成，相邻的增益单元之间通过电感进行连接，每组增益单元的两个子增益单元的输入阻抗和分别与两个子增益单元的输入端相连的电感共同构成两条输入人工传输线，每组增益单元的两个子增益单元的输出阻抗和与其输出端相连的电感共同构成一条输出人工传输线，在输入和输出人工传输线的两端分别再接一个电感。本发明将两个子增益单元的输出传输线进行合并，有效克服了增益单元的等效输入电容对分布式功率放大器带宽的限制。

Description

一种分布式功率放大器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种分布式功率放大器。
背景技术
分布式放大器的工作原理是利用晶体管的寄生电容构成人工传输线，从而能够突破传统放大器的增益带宽积的限制，在很宽频带内(可达多倍频乃至十倍频以上)得到较大的平坦增益，这在射频与微波电路的宽带放大器研究领域中具有重要的学术价值。分布式放大器的应用领域包括高速链接、宽带无线收发器、高分辨率雷达和成像系统等等，军用和民用市场对其需求都很大，譬如Hittite microwave公司的HMC459、HMC464、HMC930和HMC1022等系列芯片就是采用分布式放大器实现的宽带功率放大器。
分布式放大器的基本原理是将晶体管的寄生电容与电感元件构成人工传输线，从而克服寄生电容造成的增益滚降，其电路原理图如图1所示，其中VDD为电源电压，VG为直流偏置电压，片上电感LGi和增益单元的输入阻抗构成了输入人工传输线，片上电感LDi和增益单元的输出阻抗构成了输出人工传输线，显然输入/输出人工传输线均为低通滤波器结构。
无线通信技术的飞速发展对通信系统的数据传输率和带宽提出了更高要求。通常采用的宽带放大器设计技术包括负反馈、平衡放大器、电阻匹配以及有源匹配等等，然而这些技术均无法有效提升放大器的增益带宽积。分布式放大器由于其结构上的特性，能够突破放大器增益带宽积的限制，实现更宽频带的信号放大，在包括微波功率放大器在内的超宽带MMIC领域里得到了广泛的应用。目前的分布式放大器已出现各种类型的结构，包括非均匀结构、分布-级联结构等等，这些结构主要都是用于扩展带宽或提高增益，而在输出功率方面都显得不足。随着无线通信系统工作频率的不断提升和工作频带的不断增大，对宽带功率放大器的带宽以及输出功率等性能提出了更高要求。分布式放大器在扩展频带宽度方面具有其它传统放大器所无法比拟的优势，但目前的分布式放大器的电路结构和改进技术主要针对提升放大器的增益和带宽性能，而在提升放大器的输出功率方面尚未出现有效的电路结构和改进技术，因此制约了分布式放大器作为宽带功率放大器的应用。
发明内容
为了提高分布式放大器的输出功率，本发明提供了一种分布式功率放大器，其具体的技术方案如下：
一种分布式功率放大器，在输入端和输出端之间包括多组并联的增益单元，每组每个所述增益单元由两个子增益单元构成，相邻的增益单元之间通过电感连接，每组增益单元的所述子增益单元的输入阻抗和与所述子增益单元的输入端相连的电感构成输入人工传输线，每组增益单元的所述子增益单元的输出阻抗和与其输出端相连的电感构成输出人工传输线，在所述输入人工传输线和所述输出人工传输线的两端分别接有一个电感。
所述输入人工传输线和所述输出人工传输线两端的电感前均连接有耦合电容。
在任一对所述子增益单元各自的输入人工传输线一端连有偏置电阻，所述偏置电阻上分别加偏置电压。
本发明通过增加一条输入人工传输线和相应的增益单元，将两个子增益单元的输出人工传输线进行合并，有效克服了增益单元的等效输入电容对分布式功率放大器带宽的限制；此外，由于可以将两个子增益单元的电路结构以及直流偏置设置为不一样，因此带来了更大的设计自由度，为实现电路的增益可调、提升电路的线性度等提供了可能性
附图说明
图1为传统的分布式放大器电路图；
图2(a)～图2(c)为常用的三种增益单元的电路结构图；
图3为本发明分布式功率放大器电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
分布式功率放大器电路结构如图3所示。在输入端和输出端之间包括多个并联的增益单元，每个所述增益单元在靠近输入端的一端和靠近输出端的一端分别连有片上电感，每个增益单元由两个子增益单元构成，子增益单元的输入端分别连接各自的输入人工传输线，输出端连接共同的输出人工传输线；增益单元的输入端片上电感也有两个，分别连接在子增益单元前的输入传输线上；属于同一个增益单元的两个所述子增益单元共用一个输出端片上电感。与图1所示的传统分布式放大器相比，图3的电路结构中将两个分布式放大器的输出人工传输线进行了合并，输入信号进入放大器后立即分为两路信号，经过由片上电感LG1i和子增益单元1i(i＝1,2……N)的输入阻抗、片上电感LG2i和子增益单元2i的输入阻抗构成两条不同的输入人工传输线，并通过各子增益单元进行放大后，在各自增益单元的输出端合并为一条由片上电感LDi、子增益单元1i的输出阻抗和子增益单元2i的输出阻抗共同构成的输出人工传输线进行输出。
其中的各子增益单元1i和2i可以采用包括图2中三种结构在内的各种不同的电路结构；子增益单元1i和子增益单元2i的直流偏置电压VG1和VG2可以取不同的值；
输入人工传输线的终端负载RG1、RG2和输出线的终端负载RD可以取不同的值，且都不必和50Ω特征阻抗相等；
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (4)

1.一种分布式功率放大器，其特征在于，在输入端和输出端之间包括多组并联的增益单元，每组每个所述增益单元由两个子增益单元构成，相邻的增益单元之间通过电感连接，每组增益单元的所述子增益单元的输入阻抗和与所述子增益单元的输入端相连的电感构成输入人工传输线，每组增益单元的所述子增益单元的输出阻抗和与其输出端相连的电感构成输出人工传输线，在所述输入人工传输线和所述输出人工传输线的两端分别接有一个电感。
2.根据权利要求1所述的分布式功率放大器，其特征在于：所述输入人工传输线和所述输出人工传输线两端的电感前均连接有耦合电容。
3.根据权利要求1所述的分布式功率放大器，其特征在于：在任一对所述子增益单元各自的输入人工传输线一端连有偏置电阻，所述偏置电阻上分别加偏置电压。
4.根据权利要求3所述的分布式功率放大器，其特征在于：两个所述偏置电压数值不相等。
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