0 导言
宽带微波扩大器首要运用于电子监控与对立、雷达、光纤和外表体系等宽带通讯体系，它们都需求多倍频程的扩大器。规划一个相对带宽大于50%的扩大器是一项严重应战［1］。传统的宽带扩大器技能包含电抗/电阻性网络结构、并联电阻性反应结构、平衡结构、分布式结构。
单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC）是一种把有源器材和无源器材制造在同一个半导体基片上的微波电路。在分布式（或行波）扩大器中，经过将必定数量的晶体管的输入和输出电容兼并进入人工传输线结构之中，处理了宽带匹配晶体管的输入和输出阻抗所面对的问题。这种技能的真实优势在于运用MMIC技能，分布式扩大器（Distributed Amplifier，DA）具有简略的电路拓扑，能够取得极宽的作业频带，而且其性能对工艺参数的改变不灵敏［2］。
很多文献对分布式扩大器的根本原理和规划办法进行了广泛的研讨和评论［3-7］。本文选用分布式电路完成单片宽带扩大器。本规划中的人工传输线运用带状电感，扩大器的节数终究选为6节。为使扩大器安稳和进步人工传输线的截止频率，栅极选用了电阻-电容并联结构。为使低频段扩展至1 MHz，需运用bias tee为漏极供给偏置电压。在栅极和漏极供给低频沟通终端以改进低频段的增益平整度。
1 电路规划
场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET）分布式扩大器的根本结构如图1所示，由4个晶体管、1条栅极线和1条漏极线构成。输入信号沿栅极线传输，在被一个终端负载吸收之前顺次鼓励各个FET。FET跨导扩大信号后，将信号传入到漏极线。若栅极线和漏极线的相速度大致相同，则来自每个FET 的信号将在输出端口相加。漏极线上反向端口处的负载终端将吸收掉任何无用的信号。
整个DA电路的规划首要包含晶体管的挑选、节数的挑选、栅极线和漏极线的规划。
1.1 晶体管的挑选和节数的挑选
单个器材的栅宽的确认，首要受扩大器的最高作业频率和电路的输出功率两个方面要素的约束。因为宽带扩大器规划方针的最高频率到达30 GHz，且所需的输出的功率不大，因而栅宽首要先满意扩大器所需到达的最高作业频率，依据：
式中gm为晶体管跨导，由此能够得到小信号增益的理论近似曲线如图2所示。
1.2 栅极线和漏极线的规划
栅极线规划首要考虑人工传输线的截止频率，特征阻抗及其电感值Lg和电容值Cg，它们之间的关系由式（8）和式（9）确认。
把人工传输线的特征阻抗界说为：
漏极线设计时，为了匹配到50 Ω的体系阻抗，每个器材都无法取得最大功率和功率附加功率（Power Added Efficiency，PAE）时的最佳负载阻抗，功率和PAE将会受到约束。经过一个4节DA 的简化等效电路来解说。简化DA的4个器材均有相同的尺度，都要求器材从漏端看出去有相同的实负载。电流从左到右顺次集合，简化原理图如图3所示。RL是每个晶体管的漏极端口看出去的阻抗。Z0d1、Z0d2、Z0d3、Z0d4别离是由端口1、2、3、4向右看的传输线的特征阻抗。依据等效传输线理论，各端口相应的传输线的特征阻抗应别离为：Z0d1=RL，Z0d2=RL/2，Z0d3=RL/3，Z0d4=RL/4，为便利输出匹配，令Z0d4=50 Ω，则再依据式：
则能够计算出各端口所需求的漏极电感值Ldk。式中Cds为晶体管漏-源电容。
2 电路的优化
经过上述进程初步规划得到原始电路参数，选用微波仿真软件对电路进行电路拓扑结构仿真。因为晶体管参数的非线性，且考虑到对低频段的增益改进，需求经过终究的优化来到达预设的要求。为改进低频段的增益，本次规划别离在栅极和漏极的终端参加低频沟通接地终端ACG1、ACG2、ACG3、ACG4。如图4（a）所示，使用ACG1、ACG2、ACG3、ACG4充沛吸收出现在栅极和漏极终端的低频信号，特别是栅极低频信号，使低频段的增益平整度得到显着改进。有无低频终端的增益仿真成果如图4（b）所示，能够看到有低频终端的曲线比无低频段的曲线有更优的增益平整度。
终究优化后的原理图如图5所示，漏极偏置电压有必要经过一个宽带低阻抗的bias tee供给350 mA的作业电流，C2为100 nF的隔直电容。ACG1、ACG3需别离衔接旁路4.7 μF的电容后接地，ACG2、ACG4需求别离衔接10 pF和100 nF的电容后接地。
3 仿真成果与剖析
选用Keysight公司的ADS2016仿真软件对GaAs PHEMT MMIC 分布式功率扩大器进行仿真。仿真成果表明：在DC-30 GHz的作业频带内，该扩大器的安稳性因子k》1且|Δ|《1；在作业频带内，其供给了8.5 dB的增益；功率附加功率PAE最高可达20%；1 dB紧缩点为21 dBm，别离如图6（a）、图6（b）、图6（c）、图6（d）所示。20 GHz的参阅频率下的增益、输出功率、PAE随输入功率的改变如图6（e）所示。
4 定论
本文评论了分布式扩大器的根本原理和结构，并结合0.25 μm GaAs PHEMT工艺，运用根本理论规划了分布式扩大器的原始电路。经过不断地优化，终究规划了一种带宽到达30 GHz的超宽带扩大器。仿真成果表明在DC-30 GHz的作业频带内，该扩大器无条件安稳，具有（8.5±1） dB的增益；功率附加功率PAE最高可达20%；1 dB紧缩点为21 dBm。从仿真成果来看，增益有持续进步的空间，下一步作业将环绕这一点来打开，选用能进一步进步增益的结构来完善规划。
参阅文献
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