一种场效应晶体管脉冲功率放大器的制作方法

本实用新型涉及一种放大器，具体涉及一种场效应晶体管脉冲功率放大器。

背景技术：

场效应晶体管放大器是电压控制器件，具有输入阻抗高、噪声低的优点，被广泛应用在电子电路中，特别是具有上述要求前级放大器显示器出越性。根据场效应晶体管两大类型--结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管可构成相应的场效应晶体管放大器。

以往的场效应晶体管放大器设计形式比较简单，在输入输出端加隔直流电容，加馈电网络，偏置匹配是通过配制低阻抗的四分之一的开路线来实现。这种设计形式的缺点是放大器的带宽偏窄，视频信号容易出现泄露，影响放大器和电路的稳定性，使得信号的信噪比降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种场效应晶体管脉冲功率放大器以解决现有技术中的场效应晶体管放大器存在的带宽偏窄，影响放大器和电路的稳定性的问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种场效应晶体管脉冲功率放大器，包括场效应晶体管V1，所述场效应晶体管V1的栅极上连接有用于提供栅极偏置电压的栅极馈电电路以及输入信号滤波电路，所述场效应晶体管V1的漏极上连接有用于提供漏极偏置电压的漏极馈电电路以及输出信号滤波电路，所述栅极馈电电路包括第一旁路电容C2，所述第一旁路电容C2一端接地，另一端与所述场效应晶体管V1的栅极连接；所述漏极馈电电路包括第二旁路电容C8，所述第二旁路电容C8一端接地，另一端与所述场效应晶体管V1的漏极连接。

进一步地，所述栅极馈电电路还包括，一端与所述第一旁路电容C2连接的第一高阻抗线g1，所述第一高阻抗线g1的另一端与所述场效应晶体管栅极连接。

进一步地，所述栅极馈电电路还包括，第一阻尼震荡电路以及与第一阻尼震荡电路并联的第一滤波电容C4，所述第一阻尼震荡电路一端接地，另一端与栅极电源输入端VGS连接，所述第一滤波电容C4一端接地，另一端与栅极电源输入端VGS连接。

进一步地，所述第一阻尼震荡电路包括第一电阻R1，以及与所述电阻R1串联的第一电容C3。

进一步地，所述漏极馈电电路还包括，一端与所述第二旁路电容C8连接的第二高阻抗线g2，所述第二高阻抗线g2的另一端与所述场效应晶体管漏极连接。

进一步地，所述漏极馈电电路还包括，第二阻尼震荡电路以及与第二阻尼震荡电路并联的第二滤波电容C6，所述第二阻尼震荡电路一端接地，另一端与漏极电源输入端VDS连接，所述第二滤波电容C6一端接地，另一端与漏极电源输入端VDS连接。

进一步地，所述第二阻尼震荡电路包括第二电阻R2，以及与所述第二电阻R2串联的第二电容C5。

进一步地，所述输入信号滤波电路包括第三高阻抗线g3，所述第三高阻抗线g3一端接地，另一端与隔直电容C1连接；所述隔直电容C1一端与第三高阻抗线g3连接，另一端与第一高阻抗线g1连接。

进一步地，所述输出信号滤波电路包括第四高阻抗线g4，所述第四高阻抗线g4一端接地，另一端与隔直电容C7连接；所述隔直电容C7一端与第四高阻抗线g4连接，另一端与第二高阻抗线g2连接。

进一步地，所述场效应晶体管V1的衬底B端与源极共地。

本实用新型与现有技术相比具有以下技术特点:

1、将连接场效应晶体管栅极、漏极的四分之一波长低阻抗开路线替换为旁路电容，提高了放大器的带宽，同时减小了电路中的高频辐射影响，提高了场效应晶体管放大器的信噪比；

2、在射频信号的输入端以及输出端处加入了四分之一波长的高阻抗的接地线，将视频泄露信号直接接地，避免视频泄露信号直接影响到下一级放大器的输入信号。

附图说明

图1为本实用新型提供的放大器原理示意图；

图2为本实用新型提供的放大器电路图；

图3为本实用新型提供的放大器等效电路图；

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1至图3所示，本实用新型公开了一种场效应晶体管脉冲功率放大器，包括场效应晶体管V1，场效应晶体管V1的栅极上连接有用于提供栅极偏置电压的栅极馈电电路以及输入信号滤波电路，场效应晶体管V1的漏极上连接有用于提供漏极偏置电压的漏极馈电电路以及输出信号滤波电路，栅极馈电电路包括第一旁路电容C2，第一旁路电容C2一端接地，另一端与场效应晶体管V1的栅极连接；漏极馈电电路包括第二旁路电容C8，第二旁路电容C8一端接地，另一端与场效应晶体管V1的漏极连接。

如图1所示的本申请场效应晶体管脉冲功率放大器设计电路原理框图，射频信号输入通过输入信号滤波电路进行滤波消除其中的低频影响，栅极馈电电路用来为栅极提供偏置电压，漏极馈电电路用来为漏极提供偏置电压，滤波后的射频信号经过场效应晶体管V1放大，输出信号经过输出信号滤波电路消除其中的干扰。

如图2、3所示，本申请中将栅极馈电电路中的低阻抗四分之一波长开路线替换为第一旁路电容C2，第一旁路电容C2一端与地连接，对于射频信号相当于开路，第一旁路电容C2另一端与场效应晶体管V1栅极连接，对于射频信号相当于开路，因此保证了射频信号的传输能量不外泄露，分散传输；将漏极馈电电路中的低阻抗四分之一波长开路线替换为第二旁路电容C8，第二旁路电容C8一端与地连接，对于射频信号相当于开路，第二旁路电容C8另一端与场效应晶体管V1漏极连接，对于射频信号相当于开路，因此保证了射频信号的传输能量不外泄露，分散传输。

进一步地，所述栅极馈电电路还包括，一端与第一旁路电容C2连接的第一高阻抗线g1，第一高阻抗线g1的另一端与场效应晶体管V1栅极连接。

如图2、3所示，第一旁路电容C2一端连接了第一高阻抗线g1，该第一高阻抗线g1为四分之一波长高阻抗线，第一旁路电容C2通过第一高阻抗线g1与场效应晶体管V1的栅极连接，对于射频信号该段相当于短路，保证射频信号的传输能量不外泄露；另外，第一高阻抗线g1还与栅极输入电源端VGS连接，以提供栅极的馈电。

进一步地，栅极馈电电路还包括，第一阻尼震荡电路以及与第一阻尼震荡电路并联的第一滤波电容C4，第一阻尼震荡电路一端接地，另一端与栅极电源输入端VGS连接，第一滤波电容C4一端接地，另一端与栅极电源输入端VGS连接。

如图2、3所示，第一阻尼震荡电路与第一滤波电容C4并联在栅极电源输入端VGS与地之间，其中第一阻尼震荡电路的作用是消除电路中的阻尼震荡，消除电路中的自激现象；第一滤波电容C4的作用是滤除栅极电源输入端VGS上的纹波信号，提高电源质量。

进一步地，第一阻尼震荡电路包括第一电阻R1，以及与电阻R1串联的第一电容C3。

进一步地，漏极馈电电路还包括，一端与第二旁路电容C8连接的第二高阻抗线g2，第二高阻抗线g2的另一端与场效应晶体管V1漏极连接。

如图2、3所示，第二旁路电容C8一端连接了第二高阻抗线g2，该第二高阻抗线g2为四分之一波长高阻抗线，第二旁路电容C8通过第二高阻抗线g2与场效应晶体管V1的漏极连接，对于射频信号该段相当于短路，保证射频信号的传输能量不外泄露；另外，第二高阻抗线g2还与漏极输入电源端VDS连接，以提供漏极的馈电。

进一步地，漏极馈电电路还包括，第二阻尼震荡电路以及与第二阻尼震荡电路并联的第二滤波电容C6，第二阻尼震荡电路一端接地，另一端与漏极电源输入端VDS连接，第二滤波电容C6一端接地，另一端与漏极电源输入端VDS连接。

如图2、3所述，第二阻尼震荡电路与第二滤波电容C6并联在漏极电源输入端VDS与地之间，其中第二阻尼震荡电路的作用是消除电路中的阻尼震荡，消除电路中的自激现象；第二滤波电容C6的作用是滤除漏极电源输入端VDS上的纹波信号，提高电源质量。

同样地，第二阻尼震荡电路包括第二电阻R2，以及与第二电阻R2串联的第二电容C5。

进一步地，输入信号滤波电路包括第三高阻抗线g3，第三高阻抗线g3一端接地，另一端与隔直电容C1连接；隔直电容C1一端与第三高阻抗线g3连接，另一端与第一高阻抗线g1连接。

如图2、3所示，射频信号输入后先经过输入信号滤波电路，该滤波电路包括第三高阻抗线g3，第三高阻抗线g3为四分之一波长高阻抗线，该第三高阻抗线g3一端接地，对于射频微波信号，该第三高阻抗线g3相当于开路，但对于低频视频信号，该第三高阻抗线g3相当于短路，因此可以有效地滤除输入信号中的低频视频信号，避免了前一级低频视频信号泄露对本级放大器及整体电路稳定性的影响；

另外，在第三高阻抗线g3的另一端连接了隔直电容C1，对于射频微波信号，隔直电容等效于50Ω，等效串联阻抗约为零点几到几Ω，对射频微波信号影响较小，但是对于低频视频信号它的等效阻抗比较高，可有效抑制低频视频信号(主要是直流信号的传输)，避免直流信号泄露影响前一级的功放或别的器件。计算公式如下：

电容等效串联电阻计算公式：

R_C＝1/(ωc)(假设电容10×10^-12)(1)

对于射频信号：

ω＝2πf＝2×3.14×100×10⁹＝6.28×10×10⁹

(2)(假设射频频率为10×10⁹)

R_C＝1/(6.28×10×10⁹×10×10^-12)＝1/(6.28×10^-1)≈1.6

(3)

对于低频视频信号：

ω＝2πf＝2×3.14×10×10³＝6.28×10×10³

(4)(假设低频频率为10×10³)

R_C＝1/(6.28×10×10³×10×10^-12)＝1/(6.28×10^-7)≈1.6×10⁷

(5)

同样地，输出信号滤波电路包括第四高阻抗线g4，第四高阻抗线g4一端接地，另一端与隔直电容C7连接；隔直电容C7一端与高阻抗线g4连接，另一端与第二高阻抗线g2连接。

如图2、3所示，射频信号经过放大后输出先经过输出信号滤波电路，该信号滤波电路包括第四高阻抗线g4，第四高阻抗线g2为四分之一波长高阻抗线，该第四高阻抗线g4一端接地，对于射频微波信号，该第四高阻抗线g4相当于开路，但对于低频视频信号，该第四高阻抗线g4相当于短路，因此可以有效地滤除输入信号中的低频视频信号，避免了本级放大器的低频视频信号泄露对下一级放大器及整体电路稳定性的影响；

另外，在第四高阻抗线g4的另一端连接了隔直电容C7，对于射频微波信号，隔直电容等效于50Ω，等效串联阻抗约为零点几到几Ω，对射频微波信号影响较小，但是对于低频视频信号它的等效阻抗比较高，防止电路中的直流成分通过输出端口直接输出，造成外界与放大器连接的设备的损坏。

优选地，场效应晶体管V1的衬底B端与源极共地。

本申请的一种场效应晶体管脉冲功率放大器和常规放大器在不同温度情况下测试时，调试时间、信噪比、设计带宽与批量可生产性的对比如表1所示，首先，场效应晶体管脉冲功率放大器的信噪比改善，带宽提高，调试量减少；其次，高低温环境的一致性较好，可靠性提高，适宜于批量生产。

表1本申请放大器与常规放大器测试对比

实施例一

由于本申请设计的一种场效应晶体管脉冲功率放大器为通用型电路，因此使用范围广，作为一种优选方式，工作频率为10GHz时，选用的相应器件和板材如下：

若放大器电路采用罗杰斯5880板材印制，板厚30mil，介电常数2.2，那么四分之波长线g1、g2、g3、g4的长度选用6.5mm，宽度选用0.5mm，等效阻抗约130Ω，R1、R2选用50Ω电阻，C3、C5选用100PF电容，C4、C6选用1000PF电容，C1、C2、C7、C8选用ATC厂家600S系列的高Q值电容，容值为100PF。