一种超宽带功率放大器

技术领域

本发明涉及射频集成电路的技术领域，具体的说，涉及一种超宽带功率放大器电路。

背景技术

超宽带功率放大器是射频前端模组中非常重要的组成单元，主要功能就是放大信号并提供一定的功率增益。功率放大器按带宽的不同来划分可分为超宽带功率放大器、宽带功率放大器和窄带功率放大器，由于超宽带功率放大器输入输出阻抗一般会匹配到系统阻抗50欧姆，使其应用非常广泛。

分布式结构由于其自身优异的宽带特性而成为超宽带功放设计中常用的结构，分布式结构可以实现极宽的带宽，但其面积大，效率和增益较低，虽然可以通过多级级联来提高增益，但这会占用大量的芯片面积，利用非均匀结构虽然可以提高效率，但是提高了设计的难度。

目前，在相关技术中，分布式结构可以实现极宽的带宽，但其面积大，效率和增益较低，而达林顿结构可以提供多方面的优异性能，如高增益和宽带宽，但传统达林顿结构存在输出功率较小的问题。提高功率通常需要增大晶体管的尺寸以增加输出电流，但这会导致功率放大器所需要的负载阻抗变小，阻抗变换比变大。而较大的阻抗变换比对超宽带功率放大器的输出匹配来说是很难实现的，如此导致现有的超宽带功率放大器的输出功率低。

发明内容

本发明实施例提供的一种超宽带功率放大器可以解决超宽带功率放大器的输出功率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的。

本发明实施例提供一种超宽带功率放大器，包括偏置电路、放大电路和电感L1，所述偏置电路的第一端与所述放大电路的第一端连接，并通过电容 C1与信号输入端连接；所述偏置电路的第二端与所述放大电路的第二端连接，并通过电容C3与信号输出端连接；所述偏置电路的第三端和所述放大电路的第三端分别接地，所述电感L1的第一端与所述偏置电路第二端、放大电路第二端、电容C3第一端连接，所述电感L1的第二端与电源连接；所述放大电路包括晶体管M1、M2、M3，电阻R3、R4和R5，电容C2，电感L1；所述晶体管M1的第二端与所述放大电路的第一端连接，所述晶体管M1的第三端分别与电阻R3的第一端、晶体管M2的第二端连接，所述电阻R3的第二端和晶体管M2的第三端相互连接并与所述放大电路的第三端连接，所述晶体管M1的第一端和晶体管M2的第一端均与所述晶体管M3的第三端连接；所述晶体管M3的第二端与电阻R4的第一端、电阻R5的第一端、电容C2的第一端连接，所述电阻R5的第二端和电容C2第二端连接并接地，所述电阻R4 的第二端和所述晶体管M3的第一端相互连接并与所述放大电路的第二端连接。

在本发明提供的实施例中，所述偏置电路包括电阻R1和R2，所述电阻 R1和R2串联；所述电阻R1的第一端与所述偏置电路的第二端连接，所述电阻R2的第二端与所述偏置电路的第三端连接，所述电阻R1的第二端、电阻 R2的第一端均与所述偏置电路的第一端连接。所述晶体管M1、M2、M3均为FET晶体管。

本发明与现有的超宽带功率放大器相比，具有较大的输出功率，实现了超宽带、高输出功率、动态范围大等优点，解决了超宽带功率放大器电路在带宽和输出功率等性能之间的矛盾，大大提高了超宽带功率放大器电路的实用性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种超宽带功率放大器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种超宽带功率放大器的电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种超宽带功率放大器的电路输出1dB压缩点仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别电路元件的连接端，而不是用于描述电路元件的的特定顺序。例如，第一端和第二端等是用于区别同一电路元件的不同连接端，而不是用于描述多个电路元件的特定顺序。

目前，在相关技术中，分布式结构可以实现极宽的带宽，但其面积大，效率和增益较低，而达林顿结构可以提供多方面的优异性能，如高增益和宽带宽，但传统达林顿结构存在输出功率较小的问题。提高功率通常需要增大晶体管的尺寸以增加输出电流，但这会导致功率放大器所需要的负载阻抗变小，阻抗变换比变大。而较大的阻抗变换比对超宽带功率放大器的输出匹配来说是很难实现的，如此导致现有的超宽带功率放大器的输出功率低。

下面结合附图，通过具体的实施例及应用场景对本申请实施例提供的一种超宽带功率放大器进行详细地说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种超宽带功率放大器，包括偏置电路 10、放大电路11和电感L1，所述偏置电路10的第一端与所述放大电路11 的第一端连接，并通过电容C1与信号输入端连接；所述偏置电路10的第二端与所述放大电路11的第二端连接，并通过电容C3与信号输出端连接；所述偏置电路10的第三端和所述放大电路11的第三端分别接地，所述电感L1 的第一端与所述偏置电路第二端、放大电路第二端、电容C3第一端连接，所述电感L1的第二端与电源连接。

可以理解，在本发明提供的实施例中，射频信号从信号输入端RFin进入第一电容C1输入，经过偏置电路10配置的放大电路11后，通过第三电容 C3的信号输出端RFout输出。

如图2所示，在本发明提供的实施例中，所述偏置电路包括电阻R1和 R2，所述电阻R1和R2串联；所述电阻R1的第一端与所述偏置电路的第二端连接，所述电阻R2的第二端与所述偏置电路的第三端连接，所述电阻R1 的第二端、电阻R2的第一端均与所述偏置电路的第一端连接。

在本发明提供的实施例中，所述放大电路包括晶体管M1、M2、M3，电阻R3、R4和R5，电容C2；所述晶体管M1的第二端与所述放大电路的第一端连接，所述晶体管M1的第三端分别与电阻R3的第一端、晶体管M2的第二端连接，所述电阻R3的第二端和晶体管M2的第三端相互连接并与所述放大电路的第三端连接，所述晶体管M1的第一端和晶体管M2的第一端均与所述晶体管M3的第三端连接；所述晶体管M3的第二端与电阻R4的第一端、电阻R5的第一端、电容C2的第一端连接，所述电阻R5的第二端和电容C2 第二端连接并接地，所述电阻R4的第二端和所述晶体管M3的第一端相互连接并与所述放大电路的第二端连接。通过共源共栅达林顿结构来提高工作电压，从而可以提高输出功率。

可以理解，在本发明提供的实施例中，所述晶体管M1、M2、M3均为 FET晶体管。

在现有技术中，由于对于给定的功率晶体管，其能够承受的击穿电压是有限的，本发明提供的实施例采用共源共栅达林顿结构，可以通过调节第四电阻R4和第五电阻R5的比例让第三晶体管M3获得合适的偏置。使得在电源电压提高一倍的情况下，所有晶体管仍工作在安全的电压范围内。而功率放大器的输出电压摆幅增加一倍，晶体管的输出电流就可以减小一半，这样功率放大器所需要的最佳负载阻抗可以增大四倍，大大降低了阻抗变换比，从而实现了超宽带下的大功率输出。

如图3所示，可以看出，随着射频频率10MHz到3000MHz的增加，电路输出1dB压缩点保持在27至30dBm之间，本发明的实施例具有较大的输出功率，实现了超宽带、高输出功率、动态范围大等优点，解决了超宽带功率放大器电路在带宽和输出功率等性能之间的矛盾，大大提高了超宽带功率放大器电路的实用性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。