CN107994875B - 基于复合电抗式lc滤波网络的超宽带堆叠功率放大器 - Google Patents
基于复合电抗式lc滤波网络的超宽带堆叠功率放大器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。本发明采用三堆叠晶体管放大网络实现超宽带放大器的放大功能，提高了功率放大器的功率增益和功率容量，利用复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络实现功率放大器的超宽带输出匹配，利用宽带均衡输入匹配网络实现功率放大器的超宽带输入匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的宽带增益和宽带功率特性。本发明工作带宽极宽、效率高、增益平坦度好、面积小。
Description
技术领域
本发明属于场效应晶体管射频、微波功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器的设计。
背景技术
随着军用与民用通信市场的快速发展，以及超宽带通信与电子战系统的快速革新，射频、微波前端发射系统也向高性能、大带宽、高效率的方向发展；该系统对末端功率放大器的超宽带特性和效率指标提出了严峻的考验，因此市场迫切的需求针对射频、微波前端的超宽带、高效率功率放大器芯片。
然而，在射频、微波频段超宽带、高效率功率放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，具体体现为：
(1)跨倍频程的功率放大器中的超宽带增益特性和超宽带功率特性的设计难度较大，这是由于受到寄生参数以及晶体管特征频率影响，功率放大器的最佳负载阻抗在超宽带范围内变化范围很大，往往是频率越高，最佳负载阻抗模值越低，这就给超宽带匹配网络的设计提出了严峻的考验。
(2)射频、微波频段传统超宽带功率放大器高功率、高增益指标设计难度较大：由于宽带系统的驱使，射频、微波宽带前端发射机迫切需要高增益、高功率的宽带功率放大器，为了覆盖极宽的工作带宽，高频应用电路必须采用栅长较小的半导体工艺晶体管，受到其低击穿电压的影响，功率放大器的电压摆幅将受到较大的限制，因此也就限制了功率晶体管的功率容量；同时为了获得较大的功率，当采用大栅宽尺寸的晶体管时，放大器的增益也收到明显的制约。
典型的宽带功率放大器有分布式、电抗式功率放大器等。但是，传统分布式功率放大器尺寸较大，并且功率和带宽二者相互制约，效率指标也较低，因为设计者往往采用电抗式结构实现高功率宽带特性。在射频、微波频段，传统电抗式功率放大器仍然存在一些设计不足，主要体现在：
(1)传统电抗式匹配结构无法实现宽频通带内高低频率的良好折中。
传统电抗式结构往往在靠近晶体管的输出端采用一阶或者二阶LC高通滤波网络实现阻抗匹配，这样一方面抑制低频增益，改善增益平坦度，另一方面将晶体管的低频输出阻抗降低，更加易于实现宽带阻抗匹配，但是由于LC高通滤波器中的电感L在集成电路中实现时，Q值较低，自谐振频率较低，无法同时满足宽频放大器中最低频和最高频的折中匹配，因此大大限制了放大器的工作带宽。
(2)超宽带频段中的高频、高功率晶体管阻抗匹配难度较大。
超宽带频段中，由于放大器工作在较高的频率，单个晶体管的功率容量有限，设计者为了获得较高的功率容量，往往需要2n倍的功率合成结构，这种结构往往导致输出网络具有很低的最佳负载阻抗，这种低负载阻抗又将导致较高的频率下的阻抗匹配难度加大。
发明内容
本发明的目的提出一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，利用三晶体管堆叠技术、基于复合电抗式LC滤波器的宽带输出匹配技术和宽带均衡技术，实现射频、微波频段超宽带、高增益、高效率等指标。
本发明的技术方案为：基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。
宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端。
双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接。
第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接。
本发明的有益效果是：本发明采用三堆叠晶体管放大网络实现超宽带功率放大器的放大功能，提高了功率放大器的功率增益和功率容量，利用复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络实现高低频增益和输出阻抗匹配的良好折中，同时利用宽带均衡输入匹配网络实现宽带放大器的增益平坦度的控制以及输入阻抗匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的宽带特性，从而提高了电路的稳定性与可靠性。
进一步地，宽带均衡输入匹配网络包括宽带均衡器电路，宽带均衡器电路的输入端为宽带均衡输入匹配网络的输入端，其输出端依次串联电容Cin2和电感Lin3，电感Lin3的另一端分别连接接地电容Cin3、微带线TLinu的一端以及微带线TLinw的一端，微带线TLinu的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第一输出端，微带线TLinw的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第二输出端。
宽带均衡器电路包括电阻Rin1、电阻Rin2、电阻Rin3、电容Cin1、接地电感Lin1以及接地电感Lin2；电阻Rin1的一端、电容Cin1的一端以及电阻Rin2的一端相连作为宽带均衡器电路的输入端，电阻Rin1的另一端、电容Cin1的另一端以及电阻Rin3的一端相连作为宽带均衡器电路的输出端，电阻Rin2的另一端连接接地电感Lin1，电阻Rin3的另一端连接接地电感Lin2。
上述进一步方案的有益效果为：本发明提供的宽带均衡输入匹配网络与传统输入LC匹配网络有明显不同，宽带均衡输入匹配网络是主要利用电阻、电容、电感所构成的宽带均衡器电路实现信号均衡和宽带匹配的，宽带均衡器电路的原理可以理解为低频降低输入阻抗，高频提升输入阻抗，从而实现阻抗匹配；而传统输入LC匹配是采用常规L型的电感电容实现阻抗变换的方式完成宽带输入匹配的。
进一步地，双路三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管；顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管的尺寸相同。
第一路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输入端。
第二路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路。每个中间层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输入端。
补偿电路包括串联的栅极稳定电阻和栅极补偿电容，栅极补偿电容的另一端接地。
上述进一步方案的有益效果为：本发明中核心放大器架构采用三堆叠放大网络，只需要采用一级三堆叠放大结构，就可以提升3～5dB的功率增益，从而大大简化了电路复杂度。同时，因为三堆叠放大网络的输出阻抗比传统共源放大器高，所以双路三堆叠功率放大网络也可以采用2n倍并联的多路堆叠放大器结构，仍可以保证相对较高的输出负载阻抗。除此之外，三堆叠放大网络的栅极补偿电容是容值较小的电容，用于实现栅极电压的同步摆动，并且为了实现毫米波频段下的稳定性，需要串联稳定电阻，而传统Cascode晶体管的堆叠栅极补偿电容是容值较大的电容，用于实现栅极的交流接地，也没有串联稳定电阻。
进一步地，复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络包括对称设置的第一复合电抗式LC电路和第二复合电抗式LC电路。
第一复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1u后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端，第一复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4u和微带线TLout5u，第二复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1w后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端，第二复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4w和微带线TLout5w。微带线TLout5u的另一端和微带线TLout5w的另一端相连作为信号合成节点OUTc，信号合成节点OUTc还分别与接地电容Cout2和微带线TLout6的一端连接，微带线TLout6的另一端依次串联微带线TLout7和隔直电容Cout4后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端。微带线TLout4u和微带线TLout5u的连接节点上还连接有接地电容Cout1u，微带线TLout4w和微带线TLout5w的连接节点上还连接有接地电容Cout1w，微带线TLout6和微带线TLout7的连接节点上还连接有接地电容Cout3。
第一复合电抗式LC电路包括微带线TLout2u、微带线TLout3u、平面螺旋电感Lout1u、平面螺旋电感Lout2u和接地电容Cout0u；微带线TLout3u的一端与平面螺旋电感Lout1u的一端相连作为第一复合电抗式LC电路的输入端，微带线TLout3u的另一端与平面螺旋电感Lout2u的一端相连作为第一复合电抗式LC电路的输出端，平面螺旋电感Lout1u的另一端与微带线TLout2u的一端连接，微带线TLout2u的另一端和平面螺旋电感Lout2u的另一端均与接地电容Cout0u连接。第二复合电抗式LC电路包括微带线TLout2w、微带线TLout3w、平面螺旋电感Lout1w、平面螺旋电感Lout2w和接地电容Cout0w；微带线TLout3w的一端与平面螺旋电感Lout1w的一端相连作为第二复合电抗式LC电路的输入端，微带线TLout3w的另一端与平面螺旋电感Lout2w的一端相连作为第二复合电抗式LC电路的输出端，平面螺旋电感Lout1w的另一端与微带线TLout2w的一端连接，微带线TLout2w的另一端和平面螺旋电感Lout2w的另一端均与接地电容Cout0w连接。
上述进一步方案的有益效果为：传统电抗式结构往往在靠近晶体管的输出端采用一阶或者二阶LC高通滤波网络实现阻抗匹配。由于集成电路中电感L的Q值较低和自谐振频率较低的影响，放大器的工作带宽受到限制。而本发明采用了复合电抗式LC电路，是在靠近晶体管输出端采用微带线加双平面螺旋电感的复合电抗式LC结构，这样利用第一平面螺旋电感串联微带线拓展低频带宽，采用第二平面螺旋电感单独拓展低频带宽，从而克服宽频放大器中最低频和最高频的折中匹配的难题。
进一步地，第一供电偏置网络和第二供电偏置网络结构相同，均包括输入供电偏置电路和放大及输出供电偏置电路。
第一供电偏置网络中，输入供电偏置电路包括串联的电阻Rgb1u与电感Lggu，电阻Rgb1u与电感Lggu的连接节点上还连接有接地电容Cggu；电阻Rgb1u的另一端连接第一低压偏置电源VGGu；电感Lggu的另一端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接。第一供电偏置网络中，放大及输出供电偏置电路包括依次串联的电阻Rgb4u、电阻Rgb5u和电阻Rgb6u；电阻Rgb4u的另一端接地；电阻Rgb4u与Rgb5u的连接节点通过电阻Rgb2u分别与第一路三堆叠功率放大网络中每个中间层晶体管的栅极连接；电阻Rgb5u与Rgb6u的连接节点通过电阻Rgb3u分别与第一路三堆叠功率放大网络中每个顶层晶体管的栅极连接；电阻Rgb6u的另一端分别与第一高压偏置电源VDDu以及接地电容Cout0u连接。
第二供电偏置网络中，输入供电偏置电路包括串联的电阻Rgb1w与电感Lggw，电阻Rgb1w与电感Lggw的连接节点上还连接有接地电容Cggw；电阻Rgb1w的另一端连接第二低压偏置电源VGGw；电感Lggw的另一端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接。第二供电偏置网络中，放大及输出供电偏置电路包括依次串联的电阻Rgb4w、电阻Rgb5w和电阻Rgb6w；电阻Rgb4w的另一端接地；电阻Rgb4w与Rgb5w的连接节点通过电阻Rgb2w分别与第二路三堆叠功率放大网络中每个中间层晶体管的栅极连接；电阻Rgb5w与Rgb6w的连接节点通过电阻Rgb3w分别与第二路三堆叠功率放大网络中每个顶层晶体管的栅极连接；电阻Rgb6w的另一端分别与第二高压偏置电源VDDw以及接地电容Cout0w连接。
上述进一步方案的有益效果为：两个对称设置的供电偏置网络用于实现对双路三堆叠功率放大网络中晶体管栅极和漏极馈电及杂散信号的旁路功能。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器电路图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，如图1所示，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端。双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接。第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接。
如图2所示，宽带均衡输入匹配网络包括宽带均衡器电路，宽带均衡器电路的输入端为宽带均衡输入匹配网络的输入端，其输出端依次串联电容Cin2和电感Lin3，电感Lin3的另一端分别连接接地电容Cin3、微带线TLinu的一端以及微带线TLinw的一端，微带线TLinu的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第一输出端，微带线TLinw的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第二输出端。
其中，宽带均衡器电路包括电阻Rin1、电阻Rin2、电阻Rin3、电容Cin1、接地电感Lin1以及接地电感Lin2；电阻Rin1的一端、电容Cin1的一端以及电阻Rin2的一端相连作为宽带均衡器电路的输入端，电阻Rin1的另一端、电容Cin1的另一端以及电阻Rin3的一端相连作为宽带均衡器电路的输出端，电阻Rin2的另一端连接接地电感Lin1，电阻Rin3的另一端连接接地电感Lin2。
双路三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管。顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管的尺寸相同。本发明实施例中，如图2所示，第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络均采用一路堆叠结构。
第一路三堆叠功率放大网络中，顶层晶体管M3u的漏极作为双路三堆叠功率放大网络的第一输出端；顶层晶体管M3u的栅极分别连接第一供电偏置网络以及由栅极稳定电阻Rg3u和一端接地的栅极补偿电容Cg3u串联构成的补偿电路。中间层晶体管M2u的栅极分别连接第一供电偏置网络以及由栅极稳定电阻Rg2u和一端接地的栅极补偿电容Cg2u串联构成的补偿电路。底层晶体管M1u的源极接地，栅极作为双路三堆叠功率放大网络的第一输入端。
第二路三堆叠功率放大网络中，顶层晶体管M3w的漏极作为双路三堆叠功率放大网络的第二输出端；顶层晶体管M3w的栅极分别连接第二供电偏置网络以及由栅极稳定电阻Rg3w和一端接地的栅极补偿电容Cg3w串联构成的补偿电路。中间层晶体管M2w的栅极分别连接第二供电偏置网络以及由栅极稳定电阻Rg2w和一端接地的栅极补偿电容Cg2w串联构成的补偿电路。底层晶体管M1w的源极接地，栅极作为双路三堆叠功率放大网络的第二输入端。
因为三堆叠功率放大网络的输出阻抗比传统共源放大器高，所以双路三堆叠功率放大网络也可以分别采用2n倍并联的堆叠放大器结构，仍可以保证相对较高的输出负载阻抗。
当采用多路并联的堆叠结构时，第一路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输出端，每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输入端。第二路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输出端，每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输入端。其它每路堆叠结构的电路连接方式与一路堆叠结构相同。
复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络包括对称设置的第一复合电抗式LC电路和第二复合电抗式LC电路。
第一复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1u后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端，第一复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4u和微带线TLout5u，第二复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1w后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端，第二复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4w和微带线TLout5w。微带线TLout5u的另一端和微带线TLout5w的另一端相连作为信号合成节点OUTc，信号合成节点OUTc还分别与接地电容Cout2和微带线TLout6的一端连接，微带线TLout6的另一端依次串联微带线TLout7和隔直电容Cout4后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端。微带线TLout4u和微带线TLout5u的连接节点上还连接有接地电容Cout1u，微带线TLout4w和微带线TLout5w的连接节点上还连接有接地电容Cout1w，微带线TLout6和微带线TLout7的连接节点上还连接有接地电容Cout3。
第一复合电抗式LC电路包括微带线TLout2u、微带线TLout3u、平面螺旋电感Lout1u、平面螺旋电感Lout2u和接地电容Cout0u；微带线TLout3u的一端与平面螺旋电感Lout1u的一端相连作为第一复合电抗式LC电路的输入端，微带线TLout3u的另一端与平面螺旋电感Lout2u的一端相连作为第一复合电抗式LC电路的输出端，平面螺旋电感Lout1u的另一端与微带线TLout2u的一端连接，微带线TLout2u的另一端和平面螺旋电感Lout2u的另一端均与接地电容Cout0u连接。第二复合电抗式LC电路包括微带线TLout2w、微带线TLout3w、平面螺旋电感Lout1w、平面螺旋电感Lout2w和接地电容Cout0w；微带线TLout3w的一端与平面螺旋电感Lout1w的一端相连作为第二复合电抗式LC电路的输入端，微带线TLout3w的另一端与平面螺旋电感Lout2w的一端相连作为第二复合电抗式LC电路的输出端，平面螺旋电感Lout1w的另一端与微带线TLout2w的一端连接，微带线TLout2w的另一端和平面螺旋电感Lout2w的另一端均与接地电容Cout0w连接。
第一供电偏置网络和第二供电偏置网络结构相同，均包括输入供电偏置电路和放大及输出供电偏置电路。
第一供电偏置网络中，输入供电偏置电路包括串联的电阻Rgb1u与电感Lggu，电阻Rgb1u与电感Lggu的连接节点上还连接有接地电容Cggu；电阻Rgb1u的另一端连接第一低压偏置电源VGGu；电感Lggu的另一端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接。第一供电偏置网络中，放大及输出供电偏置电路包括依次串联的电阻Rgb4u、电阻Rgb5u和电阻Rgb6u；电阻Rgb4u的另一端接地；电阻Rgb4u与Rgb5u的连接节点通过电阻Rgb2u分别与第一路三堆叠功率放大网络中每个中间层晶体管的栅极连接；电阻Rgb5u与Rgb6u的连接节点通过电阻Rgb3u分别与第一路三堆叠功率放大网络中每个顶层晶体管的栅极连接；电阻Rgb6u的另一端分别与第一高压偏置电源VDDu以及接地电容Cout0u连接。
第二供电偏置网络中，输入供电偏置电路包括串联的电阻Rgb1w与电感Lggw，电阻Rgb1w与电感Lggw的连接节点上还连接有接地电容Cggw；电阻Rgb1w的另一端连接第二低压偏置电源VGGw；电感Lggw的另一端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接。第二供电偏置网络中，放大及输出供电偏置电路包括依次串联的电阻Rgb4w、电阻Rgb5w和电阻Rgb6w；电阻Rgb4w的另一端接地；电阻Rgb4w与Rgb5w的连接节点通过电阻Rgb2w分别与第二路三堆叠功率放大网络中每个中间层晶体管的栅极连接；电阻Rgb5w与Rgb6w的连接节点通过电阻Rgb3w分别与第二路三堆叠功率放大网络中每个顶层晶体管的栅极连接；电阻Rgb6w的另一端分别与第二高压偏置电源VDDw以及接地电容Cout0w连接。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
射频输入信号通过输入端IN进入功率放大器的宽带均衡输入匹配网络，经宽带均衡器电路及其输出端串联的电容Cin2和电感Lin3进行宽带均衡和输入阻抗匹配后到达信号分配节点INc，并在信号分配节点INc等功率分配为第一信号和第二信号两路信号。
第一信号经微带线TLinu匹配后进入双路三堆叠功率放大网络中的第一路三堆叠功率放大网络。第一路三堆叠功率放大网络采用一路或多路并联的晶体管堆叠结构对第一信号进行功率放大。放大后的第一信号进入复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络，经第一复合电抗式LC电路中的微带线和双平面螺旋电感拓展低频带宽，实现功率放大器中最低频和最高频的折中匹配后，到达信号合成节点OUTc。
同理，第二信号经微带线TLinw匹配后进入双路三堆叠功率放大网络中的第二路三堆叠功率放大网络。第二路三堆叠功率放大网络采用一路或多路并联的晶体管堆叠结构对第二信号进行功率放大。放大后的第二信号进入复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络，经第二复合电抗式LC电路中的微带线和双平面螺旋电感拓展低频带宽，实现功率放大器中最低频和最高频的折中匹配后，到达信号合成节点OUTc。
最终，第一信号和第二信号在信号合成节点OUTc等功率合成后，经微带线TLout6、微带线TLout7和接地电容Cout3构成的T形匹配枝节进行输出阻抗匹配后，通过隔直电容Cout4进入输出端OUT，形成射频输出信号。
两个对称设置的供电偏置网络用于实现对双路三堆叠功率放大网络中晶体管栅极和漏极馈电及杂散信号的旁路功能。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.基于复合电抗式LC滤波网络的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，包括宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络、复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络；
所述宽带均衡输入匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，所述复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端为整个所述功率放大器的输出端；
所述双路三堆叠功率放大网络的第一输入端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接，其第二输入端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接，其第一输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端连接，其第二输出端与复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端连接；
所述第一供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；所述第二供电偏置网络分别与宽带均衡输入匹配网络、双路三堆叠功率放大网络以及复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络连接；
所述宽带均衡输入匹配网络包括宽带均衡器电路，所述宽带均衡器电路的输入端为宽带均衡输入匹配网络的输入端，其输出端依次串联电容Cin2和电感Lin3，所述电感Lin3的另一端分别连接接地电容Cin3、微带线TLinu的一端以及微带线TLinw的一端，所述微带线TLinu的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第一输出端，所述微带线TLinw的另一端为宽带均衡输入匹配网络的第二输出端；
所述双路三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，所述第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路所述堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管；所述顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管的尺寸相同；
所述第一路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第一输入端；
所述第二路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第二供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路三堆叠功率放大网络的第二输入端；
所述补偿电路包括串联的栅极稳定电阻和栅极补偿电容，所述栅极补偿电容的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述宽带均衡器电路包括电阻Rin1、电阻Rin2、电阻Rin3、电容Cin1、接地电感Lin1以及接地电感Lin2；所述电阻Rin1的一端、电容Cin1的一端以及电阻Rin2的一端相连作为宽带均衡器电路的输入端，所述电阻Rin1的另一端、电容Cin1的另一端以及电阻Rin3的一端相连作为宽带均衡器电路的输出端，所述电阻Rin2的另一端连接接地电感Lin1，所述电阻Rin3的另一端连接接地电感Lin2。
3.根据权利要求1所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络包括对称设置的第一复合电抗式LC电路和第二复合电抗式LC电路；
所述第一复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1u后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第一输入端，所述第一复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4u和微带线TLout5u，所述第二复合电抗式LC电路的输入端连接微带线TLout1w后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的第二输入端，所述第二复合电抗式LC电路的输出端依次串联微带线TLout4w和微带线TLout5w；
所述微带线TLout5u的另一端和微带线TLout5w的另一端相连作为信号合成节点OUTc，所述信号合成节点OUTc还分别与接地电容Cout2和微带线TLout6的一端连接，所述微带线TLout6的另一端依次串联微带线TLout7和隔直电容Cout4后作为复合电抗式LC滤波宽带输出匹配网络的输出端；
所述微带线TLout4u和微带线TLout5u的连接节点上还连接有接地电容Cout1u，所述微带线TLout4w和微带线TLout5w的连接节点上还连接有接地电容Cout1w，所述微带线TLout6和微带线TLout7的连接节点上还连接有接地电容Cout3。
4.根据权利要求3所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述第一复合电抗式LC电路包括微带线TLout2u、微带线TLout3u、平面螺旋电感Lout1u、平面螺旋电感Lout2u和接地电容Cout0u；所述微带线TLout3u的一端与平面螺旋电感Lout1u的一端相连作为第一复合电抗式LC电路的输入端，所述微带线TLout3u的另一端与平面螺旋电感Lout2u的一端相连作为第一复合电抗式LC电路的输出端，所述平面螺旋电感Lout1u的另一端与微带线TLout2u的一端连接，所述微带线TLout2u的另一端和平面螺旋电感Lout2u的另一端均与接地电容Cout0u连接；
所述第二复合电抗式LC电路包括微带线TLout2w、微带线TLout3w、平面螺旋电感Lout1w、平面螺旋电感Lout2w和接地电容Cout0w；所述微带线TLout3w的一端与平面螺旋电感Lout1w的一端相连作为第二复合电抗式LC电路的输入端，所述微带线TLout3w的另一端与平面螺旋电感Lout2w的一端相连作为第二复合电抗式LC电路的输出端，所述平面螺旋电感Lout1w的另一端与微带线TLout2w的一端连接，所述微带线TLout2w的另一端和平面螺旋电感Lout2w的另一端均与接地电容Cout0w连接。
5.根据权利要求4所述的超宽带堆叠功率放大器，其特征在于，所述第一供电偏置网络和第二供电偏置网络结构相同，均包括输入供电偏置电路和放大及输出供电偏置电路；
所述第一供电偏置网络中，输入供电偏置电路包括串联的电阻Rgb1u与电感Lggu，所述电阻Rgb1u与电感Lggu的连接节点上还连接有接地电容Cggu；所述电阻Rgb1u的另一端连接第一低压偏置电源VGGu；所述电感Lggu的另一端与宽带均衡输入匹配网络的第一输出端连接；
所述第二供电偏置网络中，输入供电偏置电路包括串联的电阻Rgb1w与电感Lggw，所述电阻Rgb1w与电感Lggw的连接节点上还连接有接地电容Cggw；所述电阻Rgb1w的另一端连接第二低压偏置电源VGGw；所述电感Lggw的另一端与宽带均衡输入匹配网络的第二输出端连接；
所述第一供电偏置网络中，放大及输出供电偏置电路包括依次串联的电阻Rgb4u、电阻Rgb5u和电阻Rgb6u；所述电阻Rgb4u的另一端接地；所述电阻Rgb4u与Rgb5u的连接节点通过电阻Rgb2u分别与所述第一路三堆叠功率放大网络中每个中间层晶体管的栅极连接；所述电阻Rgb5u与Rgb6u的连接节点通过电阻Rgb3u分别与所述第一路三堆叠功率放大网络中每个顶层晶体管的栅极连接；所述电阻Rgb6u的另一端分别与第一高压偏置电源VDDu以及接地电容Cout0u连接；
所述第二供电偏置网络中，放大及输出供电偏置电路包括依次串联的电阻Rgb4w、电阻Rgb5w和电阻Rgb6w；所述电阻Rgb4w的另一端接地；所述电阻Rgb4w与Rgb5w的连接节点通过电阻Rgb2w分别与所述第二路三堆叠功率放大网络中每个中间层晶体管的栅极连接；所述电阻Rgb5w与Rgb6w的连接节点通过电阻Rgb3w分别与所述第二路三堆叠功率放大网络中每个顶层晶体管的栅极连接；所述电阻Rgb6w的另一端分别与第二高压偏置电源VDDw以及接地电容Cout0w连接。
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