CN210123971U

CN210123971U - 一种高性能的超宽带功率放大器

Info

Publication number: CN210123971U
Application number: CN201920773010.7U
Authority: CN
Inventors: 曾清; 罗力伟; 王祁钰
Original assignee: Sichuan Yifeng Electronic Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan Yifeng Electronic Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2029-05-27

Abstract

本实用新型公开了一种高性能的超宽带功率放大器，包括7个放大单元、输入阻抗匹配网络、输出阻抗匹配网络、漏极偏置电路、第一栅极偏置电路、第二栅极偏置电路，所述7个放大单元的输出端连接输出阻抗匹配网络的输入端，输入端连接输入阻抗匹配网络的输出端，所述漏极偏置电路的一端连接VD端，另一端连接输出阻抗匹配网络，所述第一栅极偏置电路的一端连接输入阻抗匹配网络的右端，另一端连接VG1端，所述第二栅极偏置电路的一端和7个放大单元相连，另一端接VG2端。本实用新型应用范围广，频带宽，小信号增益高，输入输出回波好的特点，能够满足多个频带下测试设备等系统中的信号放大需求，有助于减少设备使用芯片数量，节约设备成本。

Description

一种高性能的超宽带功率放大器

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体的涉及一种高性能的超宽带功率放大器。

背景技术

随着世界各方面通讯技术的快速发展，以及军事作战系统覆盖领域的不断扩大，超宽带通信技术(UWB)由于自身的特殊优势在通信领域内占据着重要的地位。目前，超宽带通信技术主要应用于雷达、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、超宽带等特点。

随着超宽带技术在通信领域的广泛应用，超宽带功率放大器逐渐在功率放大器家族中崭露头角，由于超宽带功率放大器具有宽频率范围、高速率传输、高隐秘性、强穿透性等特点，因此成为功率放大器发展的一大趋势。作为超宽带通信技术网络中的重要一环，超宽带功率放大器性能的优劣直接关系到通信的质量好坏。如何进一步开发在更宽频带、更高增益并能稳定工作的超宽带功率放大器具有很重要的研究价值。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种高性能的超宽带功率放大器，目的在于满足在超宽频带应用场景下能保持高功率、高增益。超宽带功率放大器能够满足多个频带下测试设备等系统中的信号放大需求，有助于减少设备使用芯片数量，节约设备成本。

本实用新型采用下述的技术方案：

一种高性能的超宽带功率放大器，包括7个放大单元、输入阻抗匹配网络、输出阻抗匹配网络、漏极偏置电路、第一栅极偏置电路、第二栅极偏置电路，所述7个放大单元的输出端连接输出阻抗匹配网络的输入端，输入端连接输入阻抗匹配网络的输出端，所述漏极偏置电路的一端连接VD端，另一端连接输出阻抗匹配网络，所述第一栅极偏置电路的一端连接输入阻抗匹配网络的右端，另一端连接VG1端，所述第二栅极偏置电路的一端和7个放大单元相连，另一端接VG2端，所述输入阻抗匹配网络的左端为信号输入端，输出阻抗匹配网络的右端为信号输出端。

优选的，所述放大单元包括场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1、电容C1，所述场效应管Q1的源极接地，漏极连接场效应管Q2的源极，栅极连接输入阻抗匹配网络的输出端；所述场效应管Q2的漏极接输出阻抗匹配网络的输入端，所述电阻R1与电容C1串联连接，所述电阻R1的上端接场效应管Q2的栅极，电容C1的下端接地。

优选的，所述输入阻抗匹配网络包括依次串联连接的隔直电容C2、微带线TL1、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL7、微带线TL8、电阻R2、电容C3，所述电容C2的左端为信号输入端，电容C3的右端接地，每2个微带线之间为输入阻抗匹配网络的输出端，分别连接7个放大单元的输入端。

优选的，所述输出阻抗匹配网络包括依次串联连接的电容C4、电阻R3、微带线TL9、微带线TL10、微带线TL11、微带线TL12、微带线TL13、微带线TL14、微带线TL15、微带线TL16、隔直电容C5，所述电容C4的左端接地，电容C5的右端为信号输出端，每2个微带线之间为输出阻抗匹配网络的输入端，分别连接7个放大单元的输出端。

优选的，所述第一栅极偏置电路与第二栅极偏置电路结构相同，均包括串联连接的电阻R4、电容C6，电容C6的上端接地，所述第一栅极偏置电路中电阻R4、电容C6之间接VG1端，第二栅极偏置电路中电阻R4、电容C6之间接VG2端。

优选的，所述漏极偏置电路包括串联连接的微带线TL17、电容C7，所述电容C7的上端接地，微带线TL17、与电容C7之间接VD端。

优选的，所述电阻R2、电阻R3均为标准输出阻抗50欧姆。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型应用范围广，频带宽，小信号增益高，输入输出回波好的特点，能够满足多个频带下测试设备等系统中的信号放大需求，有助于减少设备使用芯片数量，节约设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型电路结构示意图；

图2是本实用新型的放大单元结构示意图；

图3是本实用新型的输入匹配网络结构示意图；

图4是本实用新型的输出匹配网络结构示意图；

图5是本实用新型的第一栅极偏置电路结构示意图；

图6是本实用新型的漏极偏置电路结构示意图；

图7是本实用新型的输入输出驻波测试图；

图8是本实用新型的小信号增益测试图；

图9是本实用新型的饱和功率的测试图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图6所示，一种高性能的超宽带功率放大器，包括7个放大单元、输入阻抗匹配网络、输出阻抗匹配网络、漏极偏置电路、第一栅极偏置电路、第二栅极偏置电路，所述7个放大单元的输出端连接输出阻抗匹配网络的输入端，输入端连接输入阻抗匹配网络的输出端，所述漏极偏置电路的一端连接VD端，另一端连接输出阻抗匹配网络，所述第一栅极偏置电路的一端连接输入阻抗匹配网络的右端，另一端连接VG1端，所述第二栅极偏置电路的一端和7个放大单元相连，另一端接VG2端，所述输入阻抗匹配网络的左端为信号输入端，输出阻抗匹配网络的右端为信号输出端。

所述放大单元包括场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1、电容C1，所述场效应管Q1的源极接地，漏极连接场效应管Q2的源极，栅极连接输入阻抗匹配网络的输出端；所述场效应管Q2的漏极接输出阻抗匹配网络的输入端，所述电阻R1与电容C1串联连接，所述电阻R1的上端接场效应管Q2的栅极，电容C1的下端接地，电阻R1、电容C1串联接地的结构设计保证了放大单元的稳定性。所述电阻R1、电容C1之间连接有第二栅极偏置电路。

所述输入阻抗匹配网络包括依次串联连接的隔直电容C2、微带线TL1、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL7、微带线TL8、电阻R2、电容C3，所述电容C2的左端为信号输入端，电容C3的右端接地，每2个微带线之间(微带线TL1与微带线TL2之间，微带线TL2与微带线TL3之间，微带线TL3与微带线TL4之间，微带线TL4与微带线TL5之间，微带线TL5与微带线TL6之间，微带线TL6与微带线TL7之间，微带线TL7与微带线TL8之间)为输入阻抗匹配网络的输出端，分别连接7个放大单元中场效应管Q1的栅极，所述电阻R2为标准输出阻抗50欧姆。

所述输出阻抗匹配网络包括依次串联连接的电容C4、电阻R3、微带线TL9、微带线TL10、微带线TL11、微带线TL12、微带线TL13、微带线TL14、微带线TL15、微带线TL16、隔直电容C5，所述电容C4的左端接地，电容C5的右端为信号输出端，每2个微带线之间(微带线TL9与微带线TL10之间，微带线TL10与微带线TL11之间，微带线TL11与微带线TL12之间，微带线TL12与微带线TL13之间，微带线TL13与微带线TL14之间，微带线TL14与微带线TL15之间，微带线TL15与微带线TL16之间)为输出阻抗匹配网络的输入端，分别连接7个放大单元中场效应管Q2的漏极，所述电阻R3为标准输出阻抗50欧姆。

所述输入阻抗匹配网络与输出阻抗匹配网络中串联的电阻R2、电容C3，串联的电阻R3、电容C4，其作用在于反射信号能够被50欧姆电阻(电阻R2、电阻R3)吸收，从而提高输入、输出驻波，信号由输入阻抗匹配网络的输入端分别进入各个放大单元，经放大单元放大后由输出阻抗匹配网络输出合成输出。

所述第一栅极偏置电路与第二栅极偏置电路结构相同，均包括串联连接的电阻R4、电容C6，电容C6的上端接地，所述第一栅极偏置电路中的电阻R4、电容C6之间接VG1端，第一栅极偏置电路中的电阻R4的右端连接输入阻抗匹配网络中微带线TL8与电阻R2之间；所述第二栅极偏置电路中的电阻R4、电容C6之间接VG2端，第二栅极偏置电路中的电阻R4的右端均连接在放大单元中电阻R1和电容C1之间，所述电阻R4的作用在于防止场效应管Q1的栅极产生较大的电流，起到保护场效应管Q1的作用。

所述漏极偏置电路包括串联连接的微带线TL17、电容C7，所述电容C7的上端接地，微带线TL17、与电容C7之间接VD端，所述微带线TL17的右端连接在输出阻抗匹配网络中微带线TL16与电容C5之间，所述电容C7为去耦合电容，微带线TL17和电容C7共同构成供直流偏置和滤除带内信号的作用。

如图7、图8所示为2-20GHz的输入输出S参数，可以看到在2-20GHz，S11、S22基本满足-8dB以下，S21在19dB-21dB之间。

如图9所示为2-20GHz时输出P_sat随着频率的变化图。输出P_sat为功率放大器的饱和输出功率，描述功率器放大器的最大输出功率，带内输出为34dBm。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，包括7个放大单元、输入阻抗匹配网络、输出阻抗匹配网络、漏极偏置电路、第一栅极偏置电路、第二栅极偏置电路，所述7个放大单元的输出端连接输出阻抗匹配网络的输入端，输入端连接输入阻抗匹配网络的输出端，所述漏极偏置电路的一端连接VD端，另一端连接输出阻抗匹配网络，所述第一栅极偏置电路的一端连接输入阻抗匹配网络的右端，另一端连接VG1端，所述第二栅极偏置电路的一端和7个放大单元相连，另一端接VG2端，所述输入阻抗匹配网络的左端为信号输入端，输出阻抗匹配网络的右端为信号输出端。

2.根据权利要求1所述的一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，所述放大单元包括场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1、电容C1，所述场效应管Q1的源极接地，漏极连接场效应管Q2的源极，栅极连接输入阻抗匹配网络的输出端；所述场效应管Q2的漏极接输出阻抗匹配网络的输入端，所述电阻R1与电容C1串联连接，所述电阻R1的上端接场效应管Q2的栅极，电容C1的下端接地。

3.根据权利要求1所述的一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，所述输入阻抗匹配网络包括依次串联连接的隔直电容C2、微带线TL1、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL7、微带线TL8、电阻R2、电容C3，所述电容C2的左端为信号输入端，电容C3的右端接地，每2个微带线之间为输入阻抗匹配网络的输出端，分别连接7个放大单元的输入端。

4.根据权利要求1所述的一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，所述输出阻抗匹配网络包括依次串联连接的电容C4、电阻R3、微带线TL9、微带线TL10、微带线TL11、微带线TL12、微带线TL13、微带线TL14、微带线TL15、微带线TL16、隔直电容C5，所述电容C4的左端接地，电容C5的右端为信号输出端，每2个微带线之间为输出阻抗匹配网络的输入端，分别连接7个放大单元的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，所述第一栅极偏置电路与第二栅极偏置电路结构相同，均包括串联连接的电阻R4、电容C6，电容C6的上端接地，所述第一栅极偏置电路中电阻R4、电容C6之间接VG1端，第二栅极偏置电路中电阻R4、电容C6之间接VG2端。

6.根据权利要求1所述的一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，所述漏极偏置电路包括串联连接的微带线TL17、电容C7，所述电容C7的上端接地，微带线TL17、与电容C7之间接VD端。

7.根据权利要求3或4任意一项所述的一种高性能的超宽带功率放大器，其特征在于，所述电阻R2、电阻R3均为标准输出阻抗50欧姆。