专利名称：耦合网络以及mmic放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微波耦合网络，尤其涉及一种使用具有MMIC放大器的微波耦合网络以及涉及一种MMIC放大器。
背景技术：
出于费用的原因，标准封装的基于CMOS的MMIC(微波单片集成电路)装置广泛地用于微波频率应用中。MMIC放大器通常由并联耦合的晶体管阵列组成。
由于MMIC放大器通常具有固定的功率上限，因此在功率输出超过可用的单个MMIC的输出功率的应用中需要配电网络或耦合网络。
配电网络广泛地用于天线阵列的设计中。现有技术文献US2001/0054983(
图1)中给出了一个这样的示例，其中示出了包括三级并联耦合的MMIC CMOS FET放大器元件的放大器/天线装置，用于在天线阵列的多个天线元件两端分配功率。
在上面类型的天线/放大器装置中，可能以相同的相位延迟将输入端上的信号分配到不同的输出端。上述结构的一个缺点在于该电路对制造公差很敏感，并具有导致信号反射和功率损失的缺点。从实际的观点来看，因此需要提供多个调谐元件以在较宽的频率带宽范围内实现稳定的性能。
对于上面示出的类似电路，耦合到MMIC放大器的分支网络可以如此设计使得分支网络的输出阻抗对应于MMIC放大器的输入阻抗。此外，为了防止反射提供与其它设备的连通性，在输入端的输入阻抗一般呈现接近于通常选择的50Ω的系统输入阻抗值。
US2002/0036541示出了一种MMIC功率放大器，该功率放大器包括2-4-8拓扑功率分离器(splitter)网络和合并网络，用于均匀分配功率给MMIC并且合并输出功率。前一级的漏极通过匹配网络和分离网络耦合于前一级的栅极。放大器似乎构成窄带宽的解决方案。
《Agilent技术》中的文章“1 Watt17.7GHz-32GHz Linear PowerAmplifier，application note # 52-Rev.A.1，July 1998(1瓦特17.7GHz-32GHZ线性功率放大器，操作说明书#52-Rev.A.1998年7月1日)”示出了一种基于威尔金森分配器(divider)的变量的薄膜微电路网络，该分配器将功率分配给多个MMIC放大器装置并且合并各个输出。该网络在输入和输出端保持50欧姆的阻抗。
其它已知的现有技术一种已知的共用漏极场效应晶体管FET放大器级已经显示在图1中。已知该级提供高的输入阻抗和低的输出阻抗，同时公开了增益接近1。在共用漏极的耦合中，从输入到输出的相位偏移较小。
本发明概述本发明的第一目的在于对于微波范围的信号实现耦合网络，该信号相对于电路布局、温度和组件公差具有鲁棒性。
该目的已经通过权利要求1提出的耦合网络得以实现。
另一目的在于提出一种放大器，其具有低损耗和高增益。
该目的已经通过权利要求4得以实现。
其它优点从本发明下面的详细描述中将变得明显。
附图的简要描述图1示出了已知的共用漏极放大级；图2示出了根据本发明的第一优选实施例的耦合网络；图3示出了图2的微波耦合网络关于增益和输入阻抗的特性的仿真值；图4示出了根据本发明的MMIC放大器；图5示出了根据本发明加入了图2的耦合网络的放大器；图5和6示出了图5中示出的放大器的性能；图7示出了包括无源5极耦合网络的典型参考放大器；图8和9示出了图7中所示的放大器的性能。
本发明优选实施例的详细描述在图2中已经示出了根据本发明的微波耦合网络1的优选实施例。
微波耦合网络包括输入端IN、包括形成阻性pi网络的电阻R1、R2和R3的无源输入级、通过分支点B通向多个相同的晶体管级E1、E2的栅极的电容器C2(DC阻隔-无信号阻隔)。
耦合网络晶体管级E1和E2是共用漏极的晶体管级。尽管只显示了两级，但是可以设想多个晶体管级的使用，在实际的实现中，上限实际上受到基板上或承载组件的电路板上的可用空间的限制。所用的晶体管可以是损耗型FET、增强型FET或双极型晶体管类型。在下文中将使用FET的实施例作为参考。
每个晶体管级E1和E2被提供具有用于DC阻隔且连接于两个输出端口OUT的输出电容器C1、耦合于FET的源极和接地端的电感器L1。直流电源电压Vd提供电源给FET的漏极以及提供偏压Vg以接通FET。
可以设想替换的实施例(未示出)，其中FET晶体管级由BJT(双极结型晶体管)取代，使得BJT的发射极连接于至少一个输出端口(OUT)。
可以通过选择Vd和L1的适当值以及包括特殊模式的寄生电容的晶体管型FET来调节各个晶体管级的输出阻抗。
共用漏极的晶体管级具有电压增益通常小于1的特性，而对应于当前传送能力的功率增益相对较高。典型的值通常等于10dB。
如上所述，晶体管级的输入阻抗很高且输出阻抗低。
阻性Pi网络，R1-R3提供稳定的宽带输入顺从性(compliancy)，且共用漏极的级给后面晶体管级的输入提供良好的匹配。
总的说来，耦合网络在较低频时提供鲁棒性阻抗匹配特性以及良好定义的阻抗特性。
在图3中，耦合网络的最大增益已经通过仿真检测并显示出从在1GHz处大约为0.5dB到在10GHz大约为-1dB的线性形状。在相同的间隔中，输入抗阻S11示出具有从1GHz处的-30dB到在10GHz处的-20dB的值的线性形状。
该仿真基于下述值R1＝60欧姆，R2＝R3＝110欧姆，L1＝0.8nH。
如上述网络仿真的输出阻抗S22和S33形成共轭值，使得S22*≈S33。
在图4中，对于微波放大器(10)已经示出耦合网络1，该微波放大器(10)包括耦合网络(1)，以及包括多个MMIC放大器，其中耦合网络的每个输出端(OUT)连接于至少一个MMIC放大器(MMIC1、MMIC2)，每个MMIC放大器具有连接于共用输出端(CO)的漏极端。
图4中的实施例包括两个分支以及MMIC放大器，MMIC1和MMIC2，每个放大器包括两个并联耦合的FET，该两个并联耦合的FET具有连接于共用输出端的源极端，此外还连接于MMIC的输出端。对图2实施例中耦合网络所作的轻微改动是阻隔电容器C2由C2_1和C2_2取代。为了仿真目的，输入端终止于0.3nH/50欧姆负载，且输出端将能量消耗到50欧姆负载中。
相应的输入阻抗S11和放大器10的最大增益已经示出在图5和图6中。
如上所述，必须注意到似乎没有任何上限使得多少分支和相应数目的MMIC放大器可以提供给每个分支点。因此，提供一种1-n拓扑的放大器，其中与晶体管级E1、E2...En的数目相对应的数目n取决于承载耦合网络的基板上可用的物理空间。如上所述，实际的上限可等于n～10。
在图7中已经示出了参考阻性耦合网络，其设计为具有无源组件使得利用根据本发明的图4中实施例所示的相同MMIC放大器形成放大器。无源R、L、C耦合网络看起来至少包括5个极(poles)以匹配有源耦合网络的性能，因此考虑采用通常的组件以及制造公差似乎是不可行的。
相反，根据本发明的耦合网络和放大器显示出鲁棒性，并在合理的费用下大量的生产是可行的。此外，无源耦合的带宽被认为超过了无源耦合网络可获得的带宽。
权利要求
1.微波耦合网络(1)，其包括无源阻性Pi网络(R1、R2、R 3)和耦合于分支点(B)的耦合电容器(C2)；分别耦合于多个共用漏极的FET放大器级(E1、E2...En)或共用集电极BJT放大器级的分支点(B)，其中各个源极(S)、或各个发射极提供至少一个输出端口(OUT)。
2.根据权利要求1的微波耦合网络(1)，其中源极(S)通过电感器(L1)连接到接地端，且其中源极通过DC阻隔输出电容器(C1)耦合到所述至少一个输出端口。
3.根据权利要求1的微波耦合网络，其中两个输出(OUT)提供在源极/发射极上。
4.根据权利要求1的包括耦合网络(1)的微波放大器(10)，其包括多个MMIC放大器，其中耦合网络的每个输出端(OUT)连接于至少一个MMIC放大器(MMIC1、MMIC2)，每个MMIC放大器具有连接于共用输出端(CO)的漏极端。
5.根据权利要求4的微波放大器，其中晶体管级(E1、E2...En)的数目的范围为2-10。
全文摘要
一种微波耦合网络(1)包括无源阻性Pi网络(R1、R2、R3)和耦合于分支点(B)的耦合电容器(C2)。分支点(B)分别耦合于多个共用漏极的FET放大器级或共用集电极BJT放大器级，其中各个源极、或各个发射极耦合于至少一个输出端口(OUT)。
文档编号H03H7/38GK101073201SQ200480044534
公开日2007年11月14日 申请日期2004年12月3日 优先权日2004年12月3日
发明者J·尼尔森 申请人:艾利森电话股份有限公司