王博威 王科平

摘 要：介紹了一種具有高輸出功率的功率放大器，設計利用的是兩路偽差分電路結(jié)構(gòu)，每一條支路都由兩級電路構(gòu)成，第一級電路為驅(qū)動級電路，第二級電路為功率級電路。電路的匹配網(wǎng)絡由傳輸線和電容構(gòu)成，以保證信號能夠高效率地傳輸。用威爾金森功分器將兩支路結(jié)合在一起，通過調(diào)試功率分配器使整體電路到達最優(yōu)化。功率放大器屬于AB類放大器，采用0.13um SiGe BiCMOS工藝，在中心頻率30GHz時得到整體電路后仿真結(jié)果：輸出1dB壓縮點OP1dB=22.91dBm，功率增益GP=25.52dB。

關鍵詞：高輸出功率;高功率增益;兩路對稱;功分器

文獻標識碼：A

隨著無線通信技術的飛速發(fā)展，無線通信系統(tǒng)對信道的容量要求越來越高。而且頻譜中低頻段的利用率已趨于飽和，滿足不了現(xiàn)代無線通信發(fā)展的要求。工作在Ka波段下的通信系統(tǒng)擁有超高的帶寬和頻段。

功率放大器位于無線收發(fā)系統(tǒng)前端，其功率大小決定了信號傳輸?shù)木嚯x，其帶寬決定了系統(tǒng)能夠承載的信息容量。實現(xiàn)高功率主要有兩種方法：一種是采用多路合成技術，用威爾金森功分器、定向耦合器或巴倫對各支路進行功率合成;另一種是采用晶體管堆疊的方法，實質(zhì)是通過提高輸出電壓擺幅來提高輸出功率。[1，2，3]

1 高功率放大器概述

圖1是電路的整體框圖，電路主要有三部分組成，即功率分配器、主體PA電路、功率合成器。功率分配器將輸入信號二等分為兩路完全相等的信號，然后被均分的信號分配給驅(qū)動級電路，驅(qū)動級電路主要是為驅(qū)動功率級電路而設計。功率合成器和功率分配器的結(jié)構(gòu)是互易的，功率合成器將兩路的功率以和的形式合成，輸出給下一級。

2 功率放大器電路設計

功率放大器的每一支路的第二級電路均采用Cascode結(jié)構(gòu)，這樣能夠增加功率放大器的穩(wěn)定性。因為這種結(jié)構(gòu)有效地抑制密勒效應，增強了輸入輸出之間的隔離度，使兩者的相互影響減弱。開始電路設計時，首先對功率級電路進行設計，找到合適的靜態(tài)直流工作點使管子工作在AB類狀態(tài)，緊接著對電路的輸入端和輸出端進行匹配。為達到良好的匹配效果，盡量使用多階匹配網(wǎng)絡，一般使用π型或T型匹配網(wǎng)絡。上下兩個管子基極的隔交電感均用大電阻代替，電阻不僅起到隔交作用，還可通過調(diào)節(jié)其阻值改變管子偏置電流。[4]

兩級電路級聯(lián)時，由于驅(qū)動級電路的輸出阻抗匹配和功率級電路的輸入匹配分別匹配到50歐姆，導致級間匹配階數(shù)太多，損耗增大。那么級聯(lián)時，要求我們直接將驅(qū)動級和功率級進行共軛匹配，如圖2為簡化后的匹配網(wǎng)絡。[6，7]

3 版圖和仿真結(jié)果

4 結(jié)論

本文在0.13um SiGe BiCMOS工藝下設計了一種擁有高輸出功率的Ka波段功率放大器，使用的電路整體結(jié)構(gòu)是兩路對稱式的偽差分結(jié)構(gòu)。采用這種結(jié)構(gòu)有效地提高了輸出功率，另外通過進一步優(yōu)化匹配網(wǎng)絡，降低了無源器件的損耗。電路在30GHz中心工作頻點下測得，OP1dB=22.9dBm，GP=25.5dB，PAEmax=17.2%。

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基金項目：國家自然科學基金資助項目（61372021）