CN1520031A - 微波功率放大器 - Google Patents

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Abstract

一种包括驱动放大级的微波功率放大器，它包括：功率元件，功率元件的栅和漏偏压电路，连接在输入端口和所述功率元件的栅极之间的RC并联电路，连接在接地端和功率元件的所述栅极之间的分流电阻，以及与电阻器和电容器串联连接并与功率元件并联的负反馈电路。级间匹配电路与驱动放大级串联连接；一功率放大级，它包括与功率分配器和功率联接器并联连接的功率元件，所述功率元件的栅和漏偏压电路，一连接在功率元件的栅极和级间匹配电路之间的RC并联电路，一连接在地和功率元件的栅极之间的分流电阻器。

Description

微波功率放大器
技术领域
本发明涉及一种微波功率放大器，特别是涉及一种使用负反馈电路、RC并联电路、和分流电阻的微波功率放大器。
背景技术
在设计毫米波段的功率放大器的时候，由于元件的特性而获得低频波段的高值增益。并且，由于建模的限制，在低频波段总可能产生振荡。
在现有技术中，反馈电路被用于功率放大器以使放大器稳定。例如，参看这里引入参考的下述刊物：IEEE Trans On MTT，第49卷中，在2001年6月，Joao Caldinhas Vaz等人发表了题为“Millimeter-Wave MonolithicPower Amplifier for Mobile Broad-Band System”的文章，该文公开了一种用于60GHz MBS(Mobile Broad-Band System)的MMIC(微波单片集成电路)功率放大器。在这个刊物中，通过使用0.15μm PMHFET(Peudomorphicheteroiuntion FET)，三级MMIC功率放大器被设计成两种型式，例如单端型和平衡型，以负反馈方式把RC反馈网络应用于第一和第二级晶体管，以便获得毫米波晶体管的绝对稳定性。
此外，这里作为参考引用的，2000年12月23日发表的韩国专利2000-81018，公开了一种使用反馈电路的无线电频率的功率放大器和一种设计该放大器的方法，其中反馈电路插在功率放大器的每一级中，以便使不稳定的放大元件被绝对稳定。在无线电频段利用反馈电路使不稳定的放大器元件稳定以后，由于输出功率是按照整个功率放大器电路的输入功率而变化的，所以它是通过寻找峰值输出功率点来进行设计的。
下面，参考图1和图3解释现有技术的反馈微波功率放大器。
图1是解释现有技术的反馈微波功率放大器的电路，它由栅偏压电路101、103、105，漏偏压电路102、104、106，负反馈电路107、109，HEMT(高电子活动度晶体管)元件113、114、115、116，级间e匹配电路108、110，功率分配器111，和功率组合器112组成。
参见图1，3级功率放大器在其第一级和第二级使用负反馈电路107、109，以满足稳定性条件，级间匹配电路108、110连接在各级之间以便获得级间匹配。栅偏压电路101、103、105和漏偏压电路102、104、106分别被应用于每一级，并且在最后一级，HEMT元件115、116通过功率分配器111和功率组合器112彼此并联连接以便提高功率特性。
图3是表示图1的反馈微波功率放大器的输入/输出特性和增益的曲线图。
参见图3，当功率放大器仅通过使用反馈电路来进行设计的时候，在稳定性方面绝对稳定性条件被满足。不过，当仅仅一个负反馈电路被用于功率放大器的时候，由于低频波段中的失配，潜在的振荡任何时候都可能发生，如低频波段中的增益特性301和输入回程损耗特性(input return losscharacteristics)302中所示。换言之，按照上述现有技术使用反馈电路的功率放大器在低频波段中仍存在潜在振荡的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种单芯片的微波功率放大器，它通过使用负反馈电路、RC并联电路、和分流电阻从在低频波段到微波波段都是稳定的。
为了实现上述目的，该微波功率放大器包括一个驱动放大级，它包括功率元件，和所述功率元件的栅和漏偏压电路，在输入端和功率元件的各栅极之间连接的RC并联电路，在接地端和功率元件的各栅极之间连接的分流电阻，与电阻和电容器串联同时与所述功率元件并联的负反馈电路；一个级间匹配电路，它与所述驱动放大级串联；一个功率放大级，包括与功率分配器和功率组合器并联的功率元件，上述功率元件的栅和漏偏压电路，在所述功率元件的各栅极和所述级间匹配电路之间连接的RC并联电路，在地和功率元件的各栅极之间连接的分流电阻。
附图说明
图1是现有技术的反馈微波功率放大器的电路图。
图2是解释本发明的优选实施例的微波功率放大器的结构的电路。
图3是表示图1所示的反馈微波功率放大器的输入/输出特性和增益的曲线图。
图4是表示图2所示的反馈微波功率放大器的输入/输出特性和增益的曲线图。
图5是图2的设计布局。
具体实施方式
下面将参考附图解释本发明的实施例。虽然本发明结合优选实施例进行了描述，但是本发明不限于这些实施例，对于本领域的技术人员来说，在发明的范围内作出修改和变化将是显然的。
图2是解释本发明的优选实施例的微波功率放大器的结构的电路。该电路包括：第一驱动放大级200，第二驱动放大级240，和第三功率放大级280。下面详细描述根据本发明优选实施例的使用负反馈电路、RC并联电路、和分流电阻的微波功率放大器。
参考图2，使用负反馈电路、RC并联电路和分流电阻的微波功率放大器在各驱动级中，例如第一驱动放大级200和第二驱动放大级240中，使用负反馈电路207、209，RC并联电路217、219和分流电阻器218、220，以便满足绝对稳定条件和宽带特性。此外，RC并联电路221和分流电阻222用在例如第三功率放大级224的功率级，以便满足绝对稳定条件。实现功率匹配，以便通过使用功率分配器211和功率组合器212，及彼此并联的放大元件215、216去获得最大输出功率。级间匹配电路208、210插在第一驱动放大级200和第二驱动放大级240之间，和插在第二驱动放大级240和第三功率放大级280之间。级间匹配电路208、210包括微带线(micro-striplines)和开路短线(open stub)。级间匹配电路208、210的作用是提供增益而关于输出的功率匹配无损耗。这些级间匹配电路208、210可以通过每级之间的DC阻断电容器隔开。
第一驱动放大级200包括：用于提升信号电平的功率元件213，用于无损失的发送输入信号的输入匹配电路201、217、218，RC并联电路217，分流电阻器218，负反馈电路207，栅偏压电路201，漏偏压电路202。
功率元件213可以作为HEMT(高电子活动度晶体管)来实现，RC并联电路217串联连接在输入端口和功率元件213的栅极之间，分流电阻器218连接在接地端和功率元件213的栅极之间。分流电阻器218是一个在其两端连有微带线(micro-strip line)的电阻，接地端由一些通孔(via-hole)形成。具有输入级的匹配元件可通过改变分流电阻器的阻值和调整微带线的长度来调整。包括电阻器和电容器的负反馈电路207与功率元件213并联连接定位，由此形成放大部分。栅偏压电路201和漏偏压电路202被分开，用于分别提供独立的偏压，最好是提供的DC电源具有一个GPPPPGPPG(Ground-Pad-Pad-Pad-Pad-Ground-Pad-Pad-Ground)型的连接盘(Pad)，所述连接盘具有对于在晶测量(on-wafer measurement)的200μm间距。级间匹配电路208连到功率元件213的输出部分。
第二驱动放大级240通过级间匹配电路208与第一驱动放大级220相连，并与第一驱动放大级200的结构相同。换言之，第二驱动放大级240包括提高信号电平的功率元件214，RC并联电路219，分流电阻器220，负反馈电路209，栅偏压电路203，和漏偏压电路204。
第二驱动放大级240的功率元件214也可以作为HEMT(高电子活动度晶体管)来实现，RC并联电路219串联连接在级间匹配电路208和功率元件214的栅极之间，分流电阻220连接在接地端和功率元件214的栅极之间。分流电阻220是在其两端连有微带线的电阻，接地端可由一些通孔形成。负反馈电路209包括与功率元件214并联的电阻器和电容器，级间匹配电路210安排在功率元件214的输出部分中。栅偏压电路203和漏偏压电路204被分开，用于分别提供独立的偏压。最好是提供的DC电源具有一个GPPPPGPPG(Ground-Pad-Pad-Pad-Pad-Ground-Pad-Pad-Ground)型的连接盘，所述连接盘具有对于在晶测量(on-wafer measurement)的200μm间距。
第三功率放大级280包括：用于放大来自第一驱动放大级200和第二驱动放大级240的信号的功率元件215、216，RC并联电路221，分流电阻222，栅偏压电路205，漏偏压电路206，功率分配器211，和功率组合器212。第三功率放大级280通过级间匹配电路210连到第二功率放大级240。它被设计成，利用功率分配器211和功率组合器212分配输入信号而无损失，通过并联连接的功率元件215、216放大输入信号，输出所放大的信号而没有损失耦合，同时利用RC并联电路221和分流电阻222保持绝对稳定性。
图4是表示图2所示的反馈微波功率放大器的输入/输出特性和增益的曲线图。按照增益和输入/输出特性，由图2所示的设计的结果，可以看到绝对稳定性存在于从低频波段到微波波段的整个波段中，而由于失配引起的振荡的可能性完全被消除，如低频波段中的输入回程损耗特性402和增益特性401中所示。
图5是图2的设计布置图。如图5所示，本发明的功率放大器被设计成这样，即，使RC并联电路串联在功率元件的栅极和第一驱动放大级的输入端口之间，一个电阻器安排在接地端和栅极之间，负反馈电路包括电阻器和电容器并与功率元件并联连接。第二驱动放大级通过级间匹配电路与第一驱动放大级连接。第三功率放大级通过级间匹配电路与第二驱动放大级连接。这样功率放大器就可以做成一个芯片，例如集成电路。
如上所述，该微波功率放大器使用了负反馈电路、RC并联电路、和分流电阻，与传统的只使用反馈电路的功率放大器比较，它的优点是控制低频波段中的增益特性和不希望得到的输入回程损耗特性，完全阻止了在低频波段中的振荡。
因此，从低频波段到微波波段它具有绝对稳定的特性，输入匹配可以简化，从而适合于毫米波段中微波集成电路放大器的设计。
虽然本发明已经结合优选实施例进行了描述，但它不限于这些实施例，在本发明的范围内作出修改变化对于那些本领域的技术人来说是显然的。

Claims (5)

1.一种微波功率放大器，包括：
a)驱动放大级(200)，包括：
1)第一功率元件(213)，
2)连接在输入端口和所述功率元件的栅极之间的第一RC并联电路(217)，
3)连接在地和所述第一功率元件的所述栅极之间的第一分流电阻(218)，和
4)与所述第一功率元件并联连接的负反馈电路(207)；
b)与所述驱动放大级串联连接的级间匹配电路(208)；和
c)功率放大级(280)，包括
1)彼此并联连接的第二功率元件(215)和第三功率元件(216)，并且连到功率分配器(211)和功率组合器(212)，
2)连接在所述第二和第三功率元件以及所述级间匹配电路之间的第二RC并联电路(221)，和
3)连接在所述地以及所述第二和第三功率元件之间的第二分流电阻器(222)。
2.如权利要求1所述的微波功率放大器，其中所述功率元件是HEMT。
3.如权利要求1所述的微波功率放大器，其中所述级间匹配电路使用微带线和开路短线。
4.如权利要求1所述的微波功率放大器，其中所述第一和第二分流电阻器包括一个在其两端连有微带线的电阻。
5.如权利要求1所述的微波功率放大器，其中所述微波功率放大器还包括第二驱动放大级和第二级间匹配电路，它们安排在所述级间匹配电路和所述功率放大级之间。
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