[发明专利]一种高频高功率异质结双极晶体管功率放大器

说明书

本发明公开了一种高频高功率异质结双极晶体管功率放大器，包括输入分布变压耦合匹配网络、第一达林顿功率放大网络、第二达林顿功率放大网络、第三达林顿功率放大网络、第四达林顿功率放大网络以及输出分布变压耦合均衡网络，本发明采用异质结双极晶体管利用自偏结构不需要额外的基级馈电，大大减少了放大器应用中的复杂外围电路。其核心架构采用第一至第四达林顿功率放大网络，可以获得高功率并获得较高的高频增益，同时利用差分放大器在微波频段的良好的寄生参数抑制性，与分布式变压器网络良好的功率合成特性相结合，使得整个功率放大器获得了良好的高频、高增益、高效率和高功率输出能力。

技术领域

本发明涉及半导体功率放大器和集成电路领域，特别是针对射频微波收发机末端的发射模块应用的一种高频高功率异质结双极晶体管功率放大器。

背景技术

随着无线通信系统和射频微波电路的快速发展，射频前端收发器也向高性能、高集成、低功耗的方向发展。因此市场迫切的需求发射机的射频与微波功率放大器具有高输出功率、高增益、高效率、低成本等性能，而集成电路正是有望满足该市场需求的关键技术。

然而，当采用集成电路工艺设计实现射频与微波功率放大器芯片电路时，其性能和成本受到了一定制约，主要体现：

(1)高功率、高效率能力受限：传统功率放大器采用多路并联合成结构，或者是分布式结构，这两种结构的合成效率有限，导致一部分功率损耗在合成网络中，限制了高功率、高效率能力。

(2)低功耗、高增益放大能力受限：传统单端共源晶体管的功率放大器受到晶体管寄生参数的影响，在高频工作时增益较低，同时功率能力大大受限，实现低功耗的难度较大。

常见的高增益、高功率放大器的电路结构有很多，最典型的是多级、多路合成单端功率放大器，但是，传统多级、多路合成单端功率放大器要同时满足各项参数的要求十分困难，主要是因为：

(1)传统多级、多路合成单端功率放大器采用多路并联合成结构时的输出阻抗较低，因此输出合成网络需要实现高阻抗变换比的阻抗匹配，这样往往需要牺牲放大器的增益、降低功率，因此限制了高功率、高效率能力。

(2)传统基于有源变压器合成网络的放大器中，放大器单元往往采用单级共源放大器或者Cascode放大器，但是这两种放大器的增益较为有限，输出功率受到单管的限制也比较低。

由此可以看出，基于集成电路工艺的高增益、高功率放大器设计难点为：高功率、高效率输出难度较大；传统单个晶体管结构或Cascode晶体管的多路合成结构在基于有源变压器合成网络的放大器中存在很多局限性。除此之外，采用耗尽型的场效应晶体管往往需要额外的供电负压，这也将增加电路的复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高频高功率异质结双极晶体管功率放大器，结合了达林顿功率放大技术、差分放大器技术、分布式变压器合成技术的优点，具有在微波频段高功率、高增益且成本低等优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高频高功率异质结双极晶体管功率放大器，包括输入分布变压耦合匹配网络、第一达林顿功率放大网络、第二达林顿功率放大网络、第三达林顿功率放大网络、第四达林顿功率放大网络以及输出分布变压耦合均衡网络。

输入分布变压耦合匹配网络的输入端为整个所述功率放大器的输入端，其第一输出端与所述第一达林顿功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与所述第二达林顿功率放大网络的输入端连接，其第三输出端与所述第三达林顿功率放大网络的输入端连接，其第四输出端与所述第四达林顿功率放大网络的输入端连接；