一种自适应线性化异质结双极晶体管功率放大器的制作方法

本发明涉及场效应晶体管射频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自适应线性化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：传统功率放大器电压摆幅较小，单管输出功率低，往往需要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)线性度指标受限：典型的功率放大器网络的偏置电路往往设计方法比较单一，无法满足线性度指标的改善，往往需要额外的线性化电路，这就给系统应用带来了复杂因素。

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：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。

除此之外，典型的传统堆叠异质结双极晶体管，往往在最下方的偏置网络中加入了线性化偏置网络，这样的设置对于堆叠放大器的线性度指标的改进比较有限，忽略了上方堆叠晶体管的偏置电路对于线性度的限制。

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；典型的传统堆叠异质结双极晶体管在线性度偏置网络设计中存在局限性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应线性化异质结双极晶体管功率放大器，结合了异质结双极晶体管堆叠技术、自适应线性化技术的优点，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：一种自适应线性化异质结双极晶体管功率放大器，其特征在于，包括输入clc匹配网络、自适应线性化偏置网络、三堆叠异质结双极晶体管放大网络、输出clc匹配网络；

输入clc匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，其输出端与所述三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第一输入端连接；

自适应线性化偏置网络的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端分别与三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第五输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端连接；

三堆叠异质结双极晶体管放大网络的输出端与输出clc匹配网络的输入端连接；

输出clc匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端。

进一步的，输入clc匹配网络的输入端rfin连接微带线tl1,微带线tl1的另一端连接电容cin1，电容cin1的另一端连接接地微带线tl2和电容cin2，电容cin2的另一端连接输入clc匹配网络的输出端；

上述进一步方案的有益效果是：本发明采用的输入clc匹配网络除了能实现阻抗匹配外，还能改善电路的低频稳定性。

进一步的，自适应线性化偏置网络输入端连接晶体管qf1的集电极、电阻rg、晶体管qf2的集电极、晶体管qf3的集电极；电阻rg另一端连接晶体管qf1的基极、晶体管qf2的基极、晶体管qf3的基极、晶体管qd1的集电极和基极、和接地电容cb1；晶体管qf1的发射极连接自适应线性化偏置网络的第三输出端和接地电阻rs1；晶体管qf2的发射极连接自适应线性化偏置网络的第二输出端和接地电阻rs2；晶体管qf3的发射极连接自适应线性化偏置网络的第一输出端和接地电阻rs3；晶体管qd1的发射极连接晶体管qd2的集电极和基极，晶体管qd2的发射极接地；

上述进一步方案的有益效果是：本发明自适应线性化偏置网络可以同时针对三个堆叠的异质结双极晶体管的基极偏置进行线性化补偿，从而大大改善堆叠放大器的线性化指标，在小信号状态下，偏置点为常规深ab类，在大信号状态下，放大器的偏置点调整为浅ab类，从而改善线性度指标。

进一步的，三堆叠异质结双极晶体管放大网络中的晶体管qs1的基极连接接地电容cb2和电阻rt1，电阻rt1的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第四输入端；晶体管qs1的集电极连接微带线tl5和三堆叠异质结双极晶体管放大网络的输出端，微带线tl5的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第五输入端和偏置电压vc；晶体管qs1的发射极连接微带线tl4，微带线tl4的另一端连接晶体管qs2的集电极；晶体管qs2的基极连接接地电容cb3和电阻rt2，电阻rt2的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第三输入端；晶体管qs2的发射极连接微带线tl3，微带线tl3的另一端连接晶体管qs3的集电极；晶体管qs3的基极连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第一输入端和电阻rt3，电阻rt3的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第二输入端晶体管qs3的发射极直接接地；

上述进一步方案的有益效果是：本发明采用的三堆叠异质结双极晶体管放大网络可以增加放大器的电压摆幅，提高功率输出能力和输出阻抗，改善输出匹配。

进一步的，输出clc匹配网络的输入端连接微带线tl6，微带线tl6的另一端连接电容cload,电容cload的另一端连接微带线tl7，微带线tl7的另一端连接接地电容cout和微带线tl8，微带线tl8的另一端连接输出clc匹配网络的输出端。

上述进一步方案的有益效果是：本发明采用的输出clc匹配网络可以实现高效率、低插损的输出阻抗匹配，同时具备射频信号隔直功能。

附图说明

图1为本发明功率放大器原理框图；

图2为本发明功率放大器电路图。

具体实施方式

现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。

本发明实施例提供了一种自适应线性化异质结双极晶体管功率放大器，包括输入clc匹配网络、自适应线性化偏置网络、三堆叠异质结双极晶体管放大网络、输出clc匹配网络。

如图1所示，输入clc匹配网络的输入端为整个功率放大器的输入端，其输出端与三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第一输入端连接；

自适应线性化偏置网络的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端分别与三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第五输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端连接；

三堆叠异质结双极晶体管放大网络的输出端与输出clc匹配网络的输入端连接；

输出clc匹配网络的输出端为整个功率放大器的输出端。

如图2所示，输入clc匹配网络的输入端rfin连接微带线tl1,微带线tl1的另一端连接电容cin1，电容cin1的另一端连接接地微带线tl2和电容cin2，电容cin2的另一端连接输入clc匹配网络的输出端；

自适应线性化偏置网络输入端连接晶体管qf1的集电极、电阻rg、晶体管qf2的集电极、晶体管qf3的集电极；电阻rg另一端连接晶体管qf1的基极、晶体管qf2的基极、晶体管qf3的基极、晶体管qd1的集电极和基极、和接地电容cb1；晶体管qf1的发射极连接自适应线性化偏置网络的第三输出端和接地电阻rs1；晶体管qf2的发射极连接自适应线性化偏置网络的第二输出端和接地电阻rs2；晶体管qf3的发射极连接自适应线性化偏置网络的第一输出端和接地电阻rs3；晶体管qd1的发射极连接晶体管qd2的集电极和基极，晶体管qd2的发射极接地；

三堆叠异质结双极晶体管放大网络中的晶体管qs1的基极连接接地电容cb2和电阻rt1，电阻rt1的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第四输入端；晶体管qs1的集电极连接微带线tl5和三堆叠异质结双极晶体管放大网络的输出端，微带线tl5的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第五输入端和偏置电压vc；晶体管qs1的发射极连接微带线tl4，微带线tl4的另一端连接晶体管qs2的集电极；晶体管qs2的基极连接接地电容cb3和电阻rt2，电阻rt2的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第三输入端；晶体管qs2的发射极连接微带线tl3，微带线tl3的另一端连接晶体管qs3的集电极；晶体管qs3的基极连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第一输入端和电阻rt3，电阻rt3的另一端连接三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第二输入端晶体管qs3的发射极直接接地；

输出clc匹配网络的输入端连接微带线tl6，微带线tl6的另一端连接电容cload,电容cload的另一端连接微带线tl7，微带线tl7的另一端连接接地电容cout和微带线tl8，微带线tl8的另一端连接输出clc匹配网络的输出端。

下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：

射频输入信号通过输入端rfin进入电路，通过输入clc匹配网络匹配后，进入三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第一输入端，通过放大网络进行功率放大后，从三堆叠异质结双极晶体管放大网络输出端输出，再经过输出clc匹配网络的阻抗匹配后从输出端rfout输出。同时，自适应线性化偏置网络的输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端分别与所述三堆叠异质结双极晶体管放大网络的第五输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端连接，为电路提供合适的工作状态。

基于上述电路分析，本发明提出的一种自适应线性化异质结双极晶体管功率放大器与以往的基于集成电路工艺的放大器结构的不同之处在于核心架构采用带有自适应线性化偏置网络的三堆叠异质结双极晶体管放大网络：

三堆叠异质结双极晶体管与传统单一晶体管在结构上有很大不同，此处不做赘述；

三堆叠异质结双极晶体管与cascode放大器的不同之处在于：cascode晶体管的共射管的堆叠基极补偿电容是容值较大的电容，用于实现基极的交流接地，而三堆叠异质结双极晶体管共射管的堆叠基极补偿电容是容值很小的电容，用于实现基极的交流同步摆动，非交流接地。

自适应线性化偏置网络可以同时针对三个堆叠的异质结双极晶体管的基极偏置进行线性化补偿，从而大大改善堆叠放大器的线性化指标，在小信号状态下，偏置点为常规深ab类，在大信号状态下，放大器的偏置点调整为浅ab类，从而改善线性度指标。

在整个一种自适应线性化异质结双极晶体管功率放大器中，晶体管的尺寸和其他电阻、电容的大小是综合考虑整个电路的增益、带宽和输出功率等各项指标后决定的，通过后期的版图设计与合理布局，可以更好地实现所要求的各项指标，实现在高功率输出能力、高功率增益、良好的输入输出匹配特性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。