專(zhuān)利名稱(chēng)：耦合網(wǎng)絡(luò)以及mmic放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波耦合網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種使用具有MMIC放大器的微波耦合網(wǎng)絡(luò)以及涉及一種MMIC放大器。
背景技術(shù)：
出于費(fèi)用的原因，標(biāo)準(zhǔn)封裝的基于CMOS的MMIC(微波單片集成電路)裝置廣泛地用于微波頻率應(yīng)用中。MMIC放大器通常由并聯(lián)耦合的晶體管陣列組成。
由于MMIC放大器通常具有固定的功率上限，因此在功率輸出超過(guò)可用的單個(gè)MMIC的輸出功率的應(yīng)用中需要配電網(wǎng)絡(luò)或耦合網(wǎng)絡(luò)。
配電網(wǎng)絡(luò)廣泛地用于天線陣列的設(shè)計(jì)中?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)US2001/0054983(

圖1)中給出了一個(gè)這樣的示例，其中示出了包括三級(jí)并聯(lián)耦合的MMIC CMOS FET放大器元件的放大器/天線裝置，用于在天線陣列的多個(gè)天線元件兩端分配功率。
在上面類(lèi)型的天線/放大器裝置中，可能以相同的相位延遲將輸入端上的信號(hào)分配到不同的輸出端。上述結(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)在于該電路對(duì)制造公差很敏感，并具有導(dǎo)致信號(hào)反射和功率損失的缺點(diǎn)。從實(shí)際的觀點(diǎn)來(lái)看，因此需要提供多個(gè)調(diào)諧元件以在較寬的頻率帶寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能。
對(duì)于上面示出的類(lèi)似電路，耦合到MMIC放大器的分支網(wǎng)絡(luò)可以如此設(shè)計(jì)使得分支網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗對(duì)應(yīng)于MMIC放大器的輸入阻抗。此外，為了防止反射提供與其它設(shè)備的連通性，在輸入端的輸入阻抗一般呈現(xiàn)接近于通常選擇的50Ω的系統(tǒng)輸入阻抗值。
US2002/0036541示出了一種MMIC功率放大器，該功率放大器包括2-4-8拓?fù)涔β史蛛x器(splitter)網(wǎng)絡(luò)和合并網(wǎng)絡(luò)，用于均勻分配功率給MMIC并且合并輸出功率。前一級(jí)的漏極通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)和分離網(wǎng)絡(luò)耦合于前一級(jí)的柵極。放大器似乎構(gòu)成窄帶寬的解決方案。
《Agilent技術(shù)》中的文章“1 Watt17.7GHz-32GHz Linear PowerAmplifier，application note # 52-Rev.A.1，July 1998(1瓦特17.7GHz-32GHZ線性功率放大器，操作說(shuō)明書(shū)#52-Rev.A.1998年7月1日)”示出了一種基于威爾金森分配器(divider)的變量的薄膜微電路網(wǎng)絡(luò)，該分配器將功率分配給多個(gè)MMIC放大器裝置并且合并各個(gè)輸出。該網(wǎng)絡(luò)在輸入和輸出端保持50歐姆的阻抗。
其它已知的現(xiàn)有技術(shù)一種已知的共用漏極場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET放大器級(jí)已經(jīng)顯示在圖1中。已知該級(jí)提供高的輸入阻抗和低的輸出阻抗，同時(shí)公開(kāi)了增益接近1。在共用漏極的耦合中，從輸入到輸出的相位偏移較小。
本發(fā)明概述本發(fā)明的第一目的在于對(duì)于微波范圍的信號(hào)實(shí)現(xiàn)耦合網(wǎng)絡(luò)，該信號(hào)相對(duì)于電路布局、溫度和組件公差具有魯棒性。
該目的已經(jīng)通過(guò)權(quán)利要求1提出的耦合網(wǎng)絡(luò)得以實(shí)現(xiàn)。
另一目的在于提出一種放大器，其具有低損耗和高增益。
該目的已經(jīng)通過(guò)權(quán)利要求4得以實(shí)現(xiàn)。
其它優(yōu)點(diǎn)從本發(fā)明下面的詳細(xì)描述中將變得明顯。
附圖的簡(jiǎn)要描述圖1示出了已知的共用漏極放大級(jí)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的耦合網(wǎng)絡(luò)；圖3示出了圖2的微波耦合網(wǎng)絡(luò)關(guān)于增益和輸入阻抗的特性的仿真值；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的MMIC放大器；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明加入了圖2的耦合網(wǎng)絡(luò)的放大器；圖5和6示出了圖5中示出的放大器的性能；圖7示出了包括無(wú)源5極耦合網(wǎng)絡(luò)的典型參考放大器；圖8和9示出了圖7中所示的放大器的性能。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述在圖2中已經(jīng)示出了根據(jù)本發(fā)明的微波耦合網(wǎng)絡(luò)1的優(yōu)選實(shí)施例。
微波耦合網(wǎng)絡(luò)包括輸入端IN、包括形成阻性pi網(wǎng)絡(luò)的電阻R1、R2和R3的無(wú)源輸入級(jí)、通過(guò)分支點(diǎn)B通向多個(gè)相同的晶體管級(jí)E1、E2的柵極的電容器C2(DC阻隔-無(wú)信號(hào)阻隔)。
耦合網(wǎng)絡(luò)晶體管級(jí)E1和E2是共用漏極的晶體管級(jí)。盡管只顯示了兩級(jí)，但是可以設(shè)想多個(gè)晶體管級(jí)的使用，在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，上限實(shí)際上受到基板上或承載組件的電路板上的可用空間的限制。所用的晶體管可以是損耗型FET、增強(qiáng)型FET或雙極型晶體管類(lèi)型。在下文中將使用FET的實(shí)施例作為參考。
每個(gè)晶體管級(jí)E1和E2被提供具有用于DC阻隔且連接于兩個(gè)輸出端口OUT的輸出電容器C1、耦合于FET的源極和接地端的電感器L1。直流電源電壓Vd提供電源給FET的漏極以及提供偏壓Vg以接通FET。
可以設(shè)想替換的實(shí)施例(未示出)，其中FET晶體管級(jí)由BJT(雙極結(jié)型晶體管)取代，使得BJT的發(fā)射極連接于至少一個(gè)輸出端口(OUT)。
可以通過(guò)選擇Vd和L1的適當(dāng)值以及包括特殊模式的寄生電容的晶體管型FET來(lái)調(diào)節(jié)各個(gè)晶體管級(jí)的輸出阻抗。
共用漏極的晶體管級(jí)具有電壓增益通常小于1的特性，而對(duì)應(yīng)于當(dāng)前傳送能力的功率增益相對(duì)較高。典型的值通常等于10dB。
如上所述，晶體管級(jí)的輸入阻抗很高且輸出阻抗低。
阻性Pi網(wǎng)絡(luò)，R1-R3提供穩(wěn)定的寬帶輸入順從性(compliancy)，且共用漏極的級(jí)給后面晶體管級(jí)的輸入提供良好的匹配。
總的說(shuō)來(lái)，耦合網(wǎng)絡(luò)在較低頻時(shí)提供魯棒性阻抗匹配特性以及良好定義的阻抗特性。
在圖3中，耦合網(wǎng)絡(luò)的最大增益已經(jīng)通過(guò)仿真檢測(cè)并顯示出從在1GHz處大約為0.5dB到在10GHz大約為-1dB的線性形狀。在相同的間隔中，輸入抗阻S11示出具有從1GHz處的-30dB到在10GHz處的-20dB的值的線性形狀。
該仿真基于下述值R1＝60歐姆，R2＝R3＝110歐姆，L1＝0.8nH。
如上述網(wǎng)絡(luò)仿真的輸出阻抗S22和S33形成共軛值，使得S22*≈S33。
在圖4中，對(duì)于微波放大器(10)已經(jīng)示出耦合網(wǎng)絡(luò)1，該微波放大器(10)包括耦合網(wǎng)絡(luò)(1)，以及包括多個(gè)MMIC放大器，其中耦合網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)輸出端(OUT)連接于至少一個(gè)MMIC放大器(MMIC1、MMIC2)，每個(gè)MMIC放大器具有連接于共用輸出端(CO)的漏極端。
圖4中的實(shí)施例包括兩個(gè)分支以及MMIC放大器，MMIC1和MMIC2，每個(gè)放大器包括兩個(gè)并聯(lián)耦合的FET，該兩個(gè)并聯(lián)耦合的FET具有連接于共用輸出端的源極端，此外還連接于MMIC的輸出端。對(duì)圖2實(shí)施例中耦合網(wǎng)絡(luò)所作的輕微改動(dòng)是阻隔電容器C2由C2_1和C2_2取代。為了仿真目的，輸入端終止于0.3nH/50歐姆負(fù)載，且輸出端將能量消耗到50歐姆負(fù)載中。
相應(yīng)的輸入阻抗S11和放大器10的最大增益已經(jīng)示出在圖5和圖6中。
如上所述，必須注意到似乎沒(méi)有任何上限使得多少分支和相應(yīng)數(shù)目的MMIC放大器可以提供給每個(gè)分支點(diǎn)。因此，提供一種1-n拓?fù)涞姆糯笃?，其中與晶體管級(jí)E1、E2...En的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的數(shù)目n取決于承載耦合網(wǎng)絡(luò)的基板上可用的物理空間。如上所述，實(shí)際的上限可等于n～10。
在圖7中已經(jīng)示出了參考阻性耦合網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)計(jì)為具有無(wú)源組件使得利用根據(jù)本發(fā)明的圖4中實(shí)施例所示的相同MMIC放大器形成放大器。無(wú)源R、L、C耦合網(wǎng)絡(luò)看起來(lái)至少包括5個(gè)極(poles)以匹配有源耦合網(wǎng)絡(luò)的性能，因此考慮采用通常的組件以及制造公差似乎是不可行的。
相反，根據(jù)本發(fā)明的耦合網(wǎng)絡(luò)和放大器顯示出魯棒性，并在合理的費(fèi)用下大量的生產(chǎn)是可行的。此外，無(wú)源耦合的帶寬被認(rèn)為超過(guò)了無(wú)源耦合網(wǎng)絡(luò)可獲得的帶寬。
權(quán)利要求
1.微波耦合網(wǎng)絡(luò)(1)，其包括無(wú)源阻性Pi網(wǎng)絡(luò)(R1、R2、R 3)和耦合于分支點(diǎn)(B)的耦合電容器(C2)；分別耦合于多個(gè)共用漏極的FET放大器級(jí)(E1、E2...En)或共用集電極BJT放大器級(jí)的分支點(diǎn)(B)，其中各個(gè)源極(S)、或各個(gè)發(fā)射極提供至少一個(gè)輸出端口(OUT)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微波耦合網(wǎng)絡(luò)(1)，其中源極(S)通過(guò)電感器(L1)連接到接地端，且其中源極通過(guò)DC阻隔輸出電容器(C1)耦合到所述至少一個(gè)輸出端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的微波耦合網(wǎng)絡(luò)，其中兩個(gè)輸出(OUT)提供在源極/發(fā)射極上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的包括耦合網(wǎng)絡(luò)(1)的微波放大器(10)，其包括多個(gè)MMIC放大器，其中耦合網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)輸出端(OUT)連接于至少一個(gè)MMIC放大器(MMIC1、MMIC2)，每個(gè)MMIC放大器具有連接于共用輸出端(CO)的漏極端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的微波放大器，其中晶體管級(jí)(E1、E2...En)的數(shù)目的范圍為2-10。
全文摘要
一種微波耦合網(wǎng)絡(luò)(1)包括無(wú)源阻性Pi網(wǎng)絡(luò)(R1、R2、R3)和耦合于分支點(diǎn)(B)的耦合電容器(C2)。分支點(diǎn)(B)分別耦合于多個(gè)共用漏極的FET放大器級(jí)或共用集電極BJT放大器級(jí)，其中各個(gè)源極、或各個(gè)發(fā)射極耦合于至少一個(gè)輸出端口(OUT)。
文檔編號(hào)H03H7/38GK101073201SQ200480044534
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者J·尼爾森 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司