CN210839483U - 一种差分功率放大器用输出匹配网络 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种差分功率放大器用输出匹配网络,该输出匹配网络中包括M对镜像对称设置的耦合传输线,以及与各对镜像对称设置的耦合传输线适配的微带传输线和匹配电容,M≥1;每一对镜像对称设置的耦合传输线包括左耦合传输线和右耦合传输线。本实用新型利用微带耦合传输线实现了低损耗和小型化的输出阻抗匹配网络,当应用于差分功率放大器中时,其内在的电磁耦合方式的能量传递方式可对差分功率放大器中的差分功率晶体管的输出端提供良好的静电保护功能,以增强器件的抗干扰性能;同时能够降低网络内在损耗从而提升放大器工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种匹配网络,具体涉及一种功率放大器用输出匹配网络。
背景技术
近些年,随着射频频谱和微波低频频谱资源的逐渐耗尽,微波和毫米波资源越来越受到军,民,商以及特种领域相关工作人员的重视。
功率放大器是微波毫米波系统中的关键期间,其主要起到发大和提高系统输出功率的作用,高输出功率可以保证系统链路具有更强的抗干扰能力,更好的信号质量以及更远的系统工作半径,而基于半导体工艺的单片集成毫米波功率放大器具有高稳定,小型化,低成本,低功耗等显著特点,在通信,雷达以及特种传感应用等领域发挥着巨大的作用。
随着应用需求的不断发展,现代微波和毫米波系统对功率放大器提出了更高的要求,包括:大输出功率,用以提高系统工作半径和链路的抗干扰性能;宽工作频带,用以满足高数据率传输所要求的射频带宽;高功率附加效率,用以满足系统的低功耗要求。
这些同样对功率放大器中的关键部件输出匹配网络也提出了更高的要求。为了实现宽带性能传统做法为利用多个元件进行高阶匹配网络设计,而由此带来的负面后果一为放大器芯片尺寸的增大从而造成较高的制造成本,二为输出网络的内在损耗增加,从而降低了放大器输出功率以及其功率附加效率。如何提供一种宽带,低损耗和小型化的输出匹配网络形式,这一问题亟待解决。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术中的不足,本实用新型提供了一种差分功率放大器用输出匹配网络。
技术方案:为解决上述技术问题,本实用新型提供的一种差分功率放大器用输出匹配网络,该输出匹配网络中包括M对镜像对称设置的耦合传输线,以及与各对镜像对称设置的耦合传输线适配的微带传输线和匹配电容,M≥1;
每一对镜像对称设置的耦合传输线包括左耦合传输线和右耦合传输线。
优选的,位于同一匹配网络中各耦合传输线的电气参数相等且其电长度小于90度。
优选的,其中匹配电容为晶体管寄生电容或MIM电容或MOM电容。
优选的,其中微带传输线为直流偏置网络。
优选的,所述输出匹配网络为在超宽带微波毫米波频率范围内提供差分功率放大器中的差分功率晶体管所需要的输出阻抗的阻抗匹配网络。
进一步优选的,当M=1时,所述输出匹配网络只包括1对镜像对称设置的耦合传输线:
该对中的两个耦合传输线的隔离端通过第二输出匹配电容C_k2连接;该对中的左耦合传输线的隔离端与端口OUTk+连接,该对中的右耦合传输线的隔离端与端口OUTk-连接;
该对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第一输出微带传输线TL_Ak连接端口Ak;
该对中的两个耦合传输线的耦合端相连;
该对中的两个耦合传输线的输入端通过第一输出匹配电容C_k1连接;该对中的左耦合传输线的输入端与端口INk+连接,该对中的右耦合传输线的输入端与端口INk-连接。
进一步优选的,当M=2时,所述输出匹配网络包括2对镜像对称设置的耦合传输线:
左侧一对中的两个耦合传输线的输入端通过第三匹配电容C_K3连接;右侧一对中的两个耦合传输线的输入端通过第四匹配电容C_K4连接;左侧一对耦合传输线中的左耦合传输线的输入端与端口INK1+连接,左侧一对耦合传输线中的右耦合传输线的输入端与端口INK1-连接,右侧一对耦合传输线中的左耦合传输线的输入端与端口INK2+连接,右侧一对耦合传输线中的右耦合传输线的输入端与端口INK2-连接;
左侧一对中的两个耦合传输线的耦合端相连;右侧一对中的两个耦合传输线的耦合端相连;
左侧一对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第二输出微带传输线TL_AK连接端口AK;右侧一对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第三微带传输线TL_BK连接端口BK;
左侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端和右侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端通过第三输出匹配电容C_K5连接;左侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端与端口OUTK+连接,右侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端与端口OUTK-连接;
左侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端和右侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端相连。
有益效果:本实用新型提供的一种差分功率放大器用输出匹配网络,其内在的电磁耦合方式的能量传递方式能对差分功率放大器的输出端提供良好的静电保护功能,增强器件的抗干扰性能;本实用新型利用微带耦合传输线实现了宽带、低损耗和小型化的输出阻抗匹配网络,其输入阻抗值在超宽频带内追踪差分功率放大器中的差分功率晶体管的最佳负载值;本实用新型在实现宽带性能的基础上,能够降低网络内在损耗从而提升放大器工作效率,并且与传统结构相比有效降低芯片尺寸,节省制造成本。
附图说明
图1为其中一个实施例提供的差分功率放大器用输出匹配网络的电路结构原理图;
图2为其中另一个实施例提供的差分功率放大器用输出匹配网络的电路结构原理图;
图3为其中一个实施例提供的输出匹配网络应用于某个单路两级的差分功率放大器的结构示意框图;
图4为其中另一个实施例提供的输出匹配网络应用于某个两路两级的差分功率放大器的结构示意框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步的详细说明,以下实施列对本实用新型不构成限定。
本实用新型提供的一种差分功率放大器用输出匹配网络,其包括若干对镜像对称设置的耦合传输线,以及与之适配的微带传输线和匹配电容。也可以说是,该差分功率放大器用输出匹配网络中包括M对镜像对称设置的耦合传输线,以及与各对镜像对称设置的耦合传输线适配的微带传输线和匹配电容,M≥1。
每一对镜像对称设置的耦合传输线包括左耦合传输线和右耦合传输线。
当M=1时,其中一个实施例提供的差分功率放大器用输出匹配网络的电路结构原理图如图1所示,该输出匹配网络只包括1对镜像对称设置的耦合传输线,具体的:
该对中的两个耦合传输线的隔离端通过第二输出匹配电容C_k2连接;该对中的左耦合传输线的隔离端与端口OUTk+连接,该对中的右耦合传输线的隔离端与端口OUTk-连接;
该对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第一输出微带传输线TL_Ak连接端口Ak;
该对中的两个耦合传输线的耦合端相连;
该对中的两个耦合传输线的输入端通过第一输出匹配电容C_k1连接;该对中的左耦合传输线的输入端与端口INk+连接,该对中的右耦合传输线的输入端与端口INk-连接。
当M=1时,该实施例提供的输出匹配网络应用于某个单路两级的差分功率放大器的结构示意框图如图3所示。具体在该单路两级放大器中:其包括输入端、输出端、与输入端连接的输入匹配网络、与输出端连接的输出匹配网络,和1路功率放大电路,该功率放大电路包括差分功率晶体管1、差分功率晶体管2和级间匹配网络,其中的输出匹配网络采用本实施例中如图1所示的差分功率放大器用输出匹配网络。该单路两级差分功率放大器的结构连接关系如下:输入匹配网络的输入端通过该差分功率放大器的输入端连接功率信号源,输入匹配网络的输出端连接第一级差分功率晶体管1的输入端,第一级差分功率晶体管1的输出端连接第一级级间匹配网络的输入端,第一级级间匹配网络的输出端连接第二级差分功率晶体管2的输入端,第二级差分功率晶体管2的输出端连接输出匹配网络的输入端,最后输出匹配网络的输出端通过该差分功率放大器的输出端连接负载。其中输入匹配网络和级间匹配网络的形式可以为常用的传输线连接结构或者封装结构,也可采用公开号为CN110277965A、申请日为2018年3月15日、公布日为2019年9月24日的中国专利申请文本中记载的输入匹配网络和级间匹配网络,以及其图1和图2记载的现有技术中匹配单元的结构。
当M=2时,其中另一个实施例提供的差分功率放大器用输出匹配网络的电路结构原理图如图2所示,该输出匹配网络包括2对镜像对称设置的耦合传输线,具体的:
左侧一对中的两个耦合传输线的输入端通过第三匹配电容C_K3连接;右侧一对中的两个耦合传输线的输入端通过第四匹配电容C_K4连接;左侧一对耦合传输线中的左耦合传输线的输入端与端口INK1+连接,左侧一对耦合传输线中的右耦合传输线的输入端与端口INK1-连接,右侧一对耦合传输线中的左耦合传输线的输入端与端口INK2+连接,右侧一对耦合传输线中的右耦合传输线的输入端与端口INK2-连接;
左侧一对中的两个耦合传输线的耦合端相连;右侧一对中的两个耦合传输线的耦合端相连;
左侧一对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第二输出微带传输线TL_AK连接端口AK;右侧一对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第三微带传输线TL_BK连接端口BK;
左侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端和右侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端通过第三输出匹配电容C_K5连接;左侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端与端口OUTK+连接,右侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端与端口OUTK-连接;
左侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端和右侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端相连。
当M=2时,该另一个实施例提供的输出匹配网络应用于某个两路两级的差分功率放大器的结构示意框图如图4所示。具体在该两路两级放大器中:其包括输入端、输出端、与输入端连接的输入匹配网络、与输出端连接的输出匹配网络,和2路功率放大电路,每一路功率放大电路均包括差分功率晶体管1、差分功率晶体管2和级间匹配网络,其中的输出匹配网络采用本实施例中如图2所示的差分功率放大器用输出匹配网络。该两路两级差分功率放大器的结构连接关系中,每一路功率放大电路的电路结构均与上一实施例中的功率放大电路的电路结构相同,此处不再赘述。其中输入匹配网络和级间匹配网络的形式可以为常用的传输线连接结构或者封装结构,也可采用公开号为CN110277965A、申请日为2018年3月15日、公布日为2019年9月24日的中国专利申请文本中记载的输入匹配网络和级间匹配网络,以及其图1和图2记载的现有技术中匹配单元的结构。
上述各差分功率晶体管中至少包括一对处于差分工作模式的功率晶体管。其中功率晶体管采用场效应管或双极性晶体管。有的差分功率晶体管中还包括增益增强网络,例如在某些差分功率晶体管中,上述增益增强网络包括在一对差分晶体管的差分输入输出端插入的交叉互连的电容反馈网络。上述差分功率晶体管、增益增强网络均可采用本领域常规技术手段或现有技术来实现。
上述实施例提供的输出匹配网络为在超宽带微波毫米波频率范围内提供差分功率放大器中的差分功率晶体管所需要的输出阻抗的阻抗匹配网络。在上述实施例提供的输出匹配网络中,通过控制网络中耦合传输线的奇模和偶模特性阻抗,并且令其电长度小于四分之一波长,从而实现宽频带的阻抗变换。
在上述实施例中,位于同一匹配网络中各耦合传输线的电气参数相等且其电长度小于90度。其中匹配电容为晶体管寄生电容或MIM电容或MOM电容。其中微带传输线为直流偏置网络。也即:位于同一输出匹配网络中各耦合传输线的电气参数相等且其电长度小于90度。
以上仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出以上实施列对本实用新型不构成限定,相关工作人员在不偏离本实用新型技术思想的范围内,所进行的多样变化和修改,均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:所述输出匹配网络中包括M对镜像对称设置的耦合传输线,以及与各对镜像对称设置的耦合传输线适配的微带传输线和匹配电容,M≥1;
每一对镜像对称设置的耦合传输线包括左耦合传输线和右耦合传输线。
2.根据权利要求1所述的差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:位于同一匹配网络中各耦合传输线的电气参数相等且其电长度小于90度。
3.根据权利要求1所述的差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:其中匹配电容为晶体管寄生电容或MIM电容或MOM电容。
4.根据权利要求1所述的差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:其中微带传输线为直流偏置网络。
5.根据权利要求1所述的差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:所述输出匹配网络为在超宽带微波毫米波频率范围内提供差分功率放大器中的差分功率晶体管所需要的输出阻抗的阻抗匹配网络。
6.根据权利要求1所述的差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:当M=1时,所述输出匹配网络只包括1对镜像对称设置的耦合传输线:
该对中的两个耦合传输线的隔离端通过第二输出匹配电容C_k2连接;该对中的左耦合传输线的隔离端与端口OUTk+连接,该对中的右耦合传输线的隔离端与端口OUTk-连接;
该对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第一输出微带传输线TL_Ak连接端口Ak;
该对中的两个耦合传输线的耦合端相连;
该对中的两个耦合传输线的输入端通过第一输出匹配电容C_k1连接;该对中的左耦合传输线的输入端与端口INk+连接,该对中的右耦合传输线的输入端与端口INk-连接。
7.根据权利要求1所述的差分功率放大器用输出匹配网络,其特征在于:当M=2时,所述输出匹配网络包括2对镜像对称设置的耦合传输线:
左侧一对中的两个耦合传输线的输入端通过第三匹配电容C_K3连接;右侧一对中的两个耦合传输线的输入端通过第四匹配电容C_K4连接;左侧一对耦合传输线中的左耦合传输线的输入端与端口INK1+连接,左侧一对耦合传输线中的右耦合传输线的输入端与端口INK1-连接,右侧一对耦合传输线中的左耦合传输线的输入端与端口INK2+连接,右侧一对耦合传输线中的右耦合传输线的输入端与端口INK2-连接;
左侧一对中的两个耦合传输线的耦合端相连;右侧一对中的两个耦合传输线的耦合端相连;
左侧一对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第二输出微带传输线TL_AK连接端口AK;右侧一对中的两个耦合传输线的直通端相连后通过第三微带传输线TL_BK连接端口BK;
左侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端和右侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端通过第三输出匹配电容C_K5连接;左侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端与端口OUTK+连接,右侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端与端口OUTK-连接;
左侧一对耦合传输线中右耦合传输线的隔离端和右侧一对耦合传输线中左耦合传输线的隔离端相连。
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