一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法与流程

1.本技术涉及射频集成电路技术领域，更具体地说，是涉及一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法。


背景技术：

2.太赫兹通信在新一代无线通信技术中展现出巨大的发展潜力，得到无线通信领域的广泛认可和关注。在太赫兹通信系统的集成电路中，放大器是重要的组成部分，其性能直接影响太赫兹无线通信收发前端性能。随着太赫兹通信系统的工作频率逼近半导体晶体管的最大振荡频率，晶体管的增益迅速下降，放大器的增益急剧衰减。
3.现有的太赫兹放大器通常在绝对稳定状态下实现输入端和输出端的双共轭匹配，以实现放大器的共轭匹配增益g
ma
。g
ma
的设计方法将放大器的设计限制在其绝对稳定状态，制约了放大器增益的进一步提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法，以设计进一步提高放大器的增益。
5.为实现上述目的，本技术第一方面提供了一种最大效率增益正反馈放大器的构建方法，包括：搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成；基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点，其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数；基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标放大网络的输入端及输出端均处于稳定状态，目标放大网络的标记点的虚部为0且具有最小实部值；基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的参数。
6.优选地，基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，包括：确定所述放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域，其中，所述复平面为以值的实部为横坐标、以值的虚部为纵坐标构建的坐标系；
基于所述输出稳定区域、所述输入稳定区域以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标标记点为满足第一条件、第二条件和第三条件的标记点中具有最小实部值的标记点，所述第一条件为：对应于目标负载阻抗值的负载反射系数在所述输出稳定区域以内，所述第二条件为：对应于目标源阻抗值的源反射系数在所述输入稳定区域以内，所述第三条件为：对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的标记点落在所述复λ平面的横轴上。
7.优选地，基于所述输出稳定区域、所述输入稳定区域以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，包括：调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点落在所述复λ平面的横轴上；判断所述放大网络是否满足第四条件：负载反射系数落在输出稳定区域以内，且，源反射系数落在输入稳定区域以内；若否，调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往正方向移动预设的步长，并返回执行判断所述放大网络是否满足下述条件的步骤；若是，调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长；判断所述放大网络是否满足第五条件：负载反射系数落在输出稳定区域的边界，或，源反射系数落在输入稳定区域的边界；若否，返回执行调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长的步骤；若是，基于所述放大网络的负载反射系数和源反射系数，确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。
8.优选地，确定所述放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域的过程，包括：基于所述放大网络的z参数，计算得到负载阻抗值和源阻抗值；将负载阻抗值转换为负载反射系数，并基于负载反射系数和所述放大网络的s参数，计算得到输出稳定性圆的圆心和半径，将所述输出稳定性圆确定为输出稳定区域；将源阻抗值转换为源反射系数，并基于源反射系数和所述放大网络的s参数，计算得到输入稳定性圆的圆心和半径，将所述输入稳定性圆确定为输入稳定区域。
9.本技术的第二方面提供一种利用前述方法构建的最大效率增益正反馈放大器，包括：依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络；所述输入供电匹配网络用于在输入端为所述放大网络提供直流偏置电压；所述放大网络用于对所述输入供电匹配网络输入的电信号进行放大并输出至所述输出供电匹配网络；所述输出供电匹配网络用于在输出端为所述放大网络提供直流偏置电压；
所述放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，所述放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态；所述放大网络的λ值的虚部为0，其中，，和为所述放大网络的s参数。
10.优选地，λ值的实部值为满足第六条件下所能获得的最小实部值；所述第六条件为：所述放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，所述放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态。
11.优选地，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成；所述反馈网络包括第一电容、第一电感、第二电感和第三电感；所述第二电感串联连接于所述有源二端口网络的输入端，所述第三电感串联连接于所述有源二端口网络的输出端；所述第一电感和所述第一电容串联后，一端连接至所述第二电感远离所述有源二端口网络的一端，另一端连接至所述第三电感远离所述有源二端口网络的一端。
12.优选地，所述输入供电匹配网络包括第四电感、第五电感和第二电容；所述第四电感的一端连接至所述输入供电匹配网络的输入端，另一端接地；所述第二电容的一端连接至所述输入供电匹配网络的输入端，另一端连接至所述输入供电匹配网络的输出端；所述第五电感的一端连接至所述输入供电匹配网络的输出端，另一端连接至第一直流电源。
13.优选地，所述输出供电匹配网络包括第三电容和第六电感；所述第三电容的一端连接至所述输出供电匹配网络的输入端，另一端连接至所述输出供电匹配网络的输出端；所述第六电感的一端连接至所述输出供电匹配网络的输入端，另一端连接至第二直流电源。
14.优选地，所述有源二端口网络的晶体管为40nm工艺制成的晶体管；所述第一电容为100ff，第二电容为16ff，所述第三电容为27ff；所述第一电感为32ph，所述第二电感为11ph，所述第三电感为7.9ph，所述第四电感为30.5ph，所述第五电感为85.95ph，所述第六电感为36.16ph。
15.经由上述的技术方案可知，本技术首先搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成。然后，基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点。其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数。接着，基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。其中，通过控制输入端的状态、输出端的状态，可以确保放大网络不发生振荡；通过控制标记点，可以确保实现最大效率增益能够达到最
大。最后，基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的结构和参数。本技术明确了放大网络的构建方法，可以使得放大网络的最大效率增益达到最大，且不发生振荡，从而有效地实现高增益放大器。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例公开的最大效率增益正反馈放大器的构建方法的示意图；图2示例了本技术实施例公开的最大效率增益正反馈放大器；图3示例了本技术实施例公开的标志点、等g
me
线以及等k线；图4为本技术实施例公开的确定目标标志点的流程图；图5示例了本技术实施例公开的在复平面判断输出端及输入端的稳定性；图6示例了本技术实施例公开的反馈网络；图7示例了本技术实施例公开的最大效率增益正反馈放大器的具体组成；图8示例了应用本技术实施例公开的构建方法得到的g
me
放大器的s参数；图9示例了未应用本技术实施例公开的构建方法得到的g
me
放大器的s参数。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.最大效率增益是指在放大器的输入功率固定时，其输出功率达到最大时的增益。通过将放大器网络的输入端和输出端匹配至特定阻抗值，可以实现放大器的最大效率增益g
me
。g
me
的设计方法可以应用于潜在不稳定的放大器，因此拓宽了放大器的设计范围，有利于突破太赫兹放大器的增益瓶颈。但是，目前g
me
放大器缺乏有效、准确的设计和优化方法。设计者通过为放大器网络添加反馈网络来提高g
me
，但反馈网络具有诸多结构和参数，目前无法明确反馈网络的优化方向，无法确定反馈网络和对应的g
me
是否达到最佳。此外，由于g
me
的设计方法可以应用于潜在不稳定放大器网络，所设计得到的放大器可能产生振荡，导致电路失效。本技术旨在确保放大器稳定的前提下优化“最大效率增益”，以实现最优化的最大效率增益放大器。
20.下面首先介绍本技术实施例提供的最大效率增益正反馈放大器的构建方法。请参阅图1，本技术实施例提供的最大效率增益正反馈放大器的构建方法可以包括如下步骤：步骤s101，搭建正反馈放大器。
21.其中，如图2所示，该正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络10、放大网络20和输出供电匹配网络30，放大网络20由有源二端口网络21以及并联于有源二端口网络21的反馈网络22构成。
22.步骤s102，基于放大网络的s参数，确定放大网络在复λ平面中的标记点。
23.其中，复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，标记点的坐标由放大网络的λ值确定，具体地，λ值由下式确定：；和为放大网络的s参数。
24.步骤s103，基于放大网络的标记点、输入端的状态以及输出端的状态，确定反馈网络的结构和参数，以及确定放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。
25.其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标放大网络的输入端及输出端均处于稳定状态，且目标放大网络的标记点的虚部为0。
26.示例性地，可以通过数值计算来确定放大网络输入端的状态以及输出端的状态，以便得到输入端及输出端均处于稳定状态。
27.标记点则反映了放大网络的增益情况，通过计算得到稳定状态下获得最大增益的标记点，可以提高放大网络的增益值。
28.步骤s104，基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定输入供电匹配网络及输出供电匹配网络的结构和参数。
29.具体地，基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定放大网络的反馈网络中各无源元件的组成方式以及各无源器件的参数值。
30.本技术首先搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成。然后，基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点。其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数。接着，基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。其中，通过控制输入端的状态、输出端的状态，可以确保放大网络不发生振荡；通过控制标记点，可以确保实现最大效率增益能够达到最大。最后，基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的结构和参数。本技术明确了放大网络的构建方法，可以使得放大网络的最大效率增益达到最大，且不发生振荡，从而有效地实现高增益放大器。
31.在本技术的一些实施例中，步骤s103基于放大网络的标记点、输入端的状态以及输出端的状态，确定反馈网络的结构和参数，以及确定放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，可以包括：s1，确定放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域。
32.其中，复平面为以值的实部为横坐标、以值的虚部为纵坐标构建的坐标系, 值为放大网络的反射系数，具体可以包括负载反射系数和源反射系数。
33.s2，基于输出稳定区域、输入稳定区域以及标记点，确定反馈网络的结构和参数，以及确定放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。
34.其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标标记点为满足第一条件、第二条件和第三条件的标记点中具有最小实部值的标记点。
35.第一条件为：对应于目标负载阻抗值的负载反射系数在输出稳定区域以内。
36.第二条件为：对应于目标源阻抗值的源反射系数在输入稳定区域以内。
37.第三条件为：对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的标记点落在复λ平面横轴上。
38.以下对上述s2涉及的技术原理进行详细的说明。
39.放大网络的最大效率增益表示为：（1）其中，、、、为放大网络的y参数，为的实部，为的实部，上式可以改写为关于λ和稳定性因子k的表达式：（2）其中，k可以表示为关于λ和单向化功率增益u的表达式：（3）其中，为的实部，为的虚部。
40.将式（5）代入式（4），可将表示为关于λ和单向化功率增益u的表达式：（4）如图3所示，根据式（3）和式（4），可以在复平面绘制得到等g
me
线和等k线。因此，利用放大网络在复λ平面上的标记点的移动轨迹，并结合等g
me
线和等k线，可以可视化地研究反馈网络参数对放大网络g
me
的影响并有方向性地优化放大网络。
41.观察图3中的等g
me
线和等k线可知，一方面，对于给定的g
me
值，其等g
me
线上各点的稳定性不同，稳定性最高的点出现在等g
me
线与横轴相交的点；另一方面，随着g
me
的数值增大，其等g
me
轮廓线向横轴负方向拓展。
42.基于上述两点，本技术提出，通过调节放大网络中的反馈网络参数，将放大网络在复λ平面上的标记点移动至横轴上，并逐步向横轴负方向移动。这样可以在放大网络稳定性最佳的情况下寻找其最大的g
me
，从而大幅简化放大网络g
me
的优化步骤。具体地，可以调节正反馈网络参数z1，令放大网络标记点移动至与横轴重叠，如图3中点b所示。
43.对于放大网络来说，如果其输入端口不稳定，即其输入阻抗实部小于0，则源阻抗无法与输入阻抗实现共轭匹配，导致放大网络无法匹配至g
me
；如果其输出端口不稳定，即其
输出阻抗实部小于0，则其输出端口将发生振荡，那么网络将变成振荡器，无法构成放大器。因此，输入和输出端口均稳定是实现匹配至g
me
的放大器的必要条件。
44.其中，放大网络的负载阻抗值z
l
和源阻抗值zs可以分别通过方程式（5）及方程式（6）计算得到：（5）（6）其中，、、和为放大网络的z参数。具体地，为放大网络的输出端开路时，放大网络的输入端的阻抗；为放大网络的输出端开路时，放大网络的输出端对输入端的转移阻抗；为放大网络的输入端开路时，放大网络的输入端对输出端的转移阻抗；为放大网络的输入端开路时，放大网络的输出端的输入阻抗；为的实部。
45.基于前面的分析，可以知道，对于放大网络，其实现最大效率增益g
me
的条件是，负载阻抗和源阻抗分别满足式（5）和（6），同时，放大网络匹配至g
me
时，其源阻抗与输入阻抗为共轭匹配。据此，可以根据放大网络z参数，按照式（5）和（6）分别计算得到最大效率增益g
me
相应的负载阻抗值z
l
和源阻抗值zs。然后，结合放大网络的s参数和z
l
、zs判断输出、输入端口稳定性。
46.在本技术的一些实施例中，上述s1确定放大网络在复γ平面的输出稳定区域和输入稳定区域的过程，可以包括：s11，基于放大网络的z参数，计算得到负载阻抗值z
l
和源阻抗值zs。
47.s12，将负载阻抗值z
l
转换为负载反射系数γ
l
，并基于负载反射系数γ
l
和放大网络的s参数，计算得到输出稳定性圆的c
l
和半径r
l
，将输出稳定性圆确定为输出稳定区域。
48.s13，将源阻抗值zs转换为源反射系数γs，并基于源反射系数γs和放大网络的s参数，计算得到输入稳定性圆的cs和半径rs，将输入稳定性圆确定为输入稳定区域。
49.在本技术的一些实施例中，如图4所示，上述s2基于输出稳定区域、输入稳定区域以及标记点，确定反馈网络的结构和参数，以及确定放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，可以包括：s21，调节反馈网络的结构和参数，令放大网络的标记点落在复λ平面的横轴上。
50.示例性地，可以通过添加并联或串联的电容、电感、电阻等无源器件的方式来调节反馈网络的结构，同时结合调节其中的一个或多个无源器件的参数，来使得放大网络的标记点落在复λ平面的横轴上。
51.s22，判断放大网络是否满足：负载反射系数落在输出稳定区域以内，且，源反射系数落在输入稳定区域以内。若是，执行s24；若否，执行s23。
52.s23，调节反馈网络的结构和参数，令放大网络的标记点在复λ平面的横轴上往正方向移动预设的步长，并返回执行s22。
53.s24，调节反馈网络的结构和参数，令放大网络的标记点在复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长。
54.s25，判断放大网络是否满足：负载反射系数落在输出稳定区域的边界，或，源反射系数落在输入稳定区域的边界。若是，执行s26；若否，返回执行s24。
55.s26，基于放大网络的负载反射系数和源反射系数，确定放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。
56.图5示例了在复γ平面中绘制的放大网络的输出稳定性圆、输入稳定性圆、负载反射系数γ
l
、源反射系数γs。当γ
l
位于输出稳定区域内，则放大网络的输出端口稳定，反之则不稳定；当γs位于输入稳定区域内，则放大网络的输入端口稳定，反之则不稳定。
57.下面介绍本技术实施例提供的最大效率增益正反馈放大器，该最大效率增益正反馈放大器是利用前述的方法构建得到的。
58.请参阅图2，本技术实施例提供的最大效率增益正反馈放大器，可以包括依次级联的输入供电匹配网络10、放大网络20和输出供电匹配网络30。
59.其中，输入供电匹配网络10用于在输入端为放大网络20提供直流偏置电压。放大网络20用于对输入供电匹配网络10输入的电信号进行放大并输出至输出供电匹配网络30。输出供电匹配网络30用于在输出端为放大网络提供直流偏置电压。
60.放大网络20的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，放大网络20的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态。
61.放大网络的λ值的虚部为0，其中，，和为放大网络的s参数。
62.在本技术的一些实施例中，λ值的实部值为满足下述条件的前提下，所能获得的最小实部值：放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态。
63.在本技术的一些实施例中，请参阅图6，放大网络20由有源二端口网络21以及并联于有源二端口网络21的反馈网络22构成。
64.其中，反馈网络22包括第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3。
65.第二电感l2串联连接于有源二端口网络21的输入端，第三电感l3串联连接于有源二端口网络21的输出端。
66.第一电感l1和第一电容c1串联后，一端连接至第二电感l2远离有源二端口网络21的一端i2，另一端连接至第三电感l3远离有源二端口网络21的一端o2。
67.在本技术的一些实施例中，请参阅图7，输入供电匹配网络10包括第四电感l4、第五电感l5和第二电容c2。
68.第四电感l4的一端连接至输入供电匹配网络10的输入端i1，另一端接地。
69.第二电容c2的一端连接至输入供电匹配网络10的输入端i1，另一端连接至输入供电匹配网络10的输出端o1。
70.第五电感l5的一端连接至输入供电匹配网络10的输出端o1，另一端连接至第一直流电源vb。
71.在本技术的一些实施例中，请参阅图7，输出供电匹配网络30包括第三电容c3和第
六电感l6。
72.第三电容c3的一端连接至输出供电匹配网络30的输入端i3，另一端连接至输出供电匹配网络30的输出端o3。
73.第六电感l6的一端连接至输出供电匹配网络30的输入端i3，另一端连接至第二直流电源vdd。
74.如图3所示，根据前述提供的最大效率增益正反馈放大器的构建方法，调节反馈网络22中各无源元件的参数值，改变z
l
和zs，使得放大网络20在复λ平面的坐标向横坐标的负半轴方向移动，直至放大网络20的输出端处于临界稳定状态，且输入端处于稳定状态；或放大网络的输入端口处于临界稳定状态，且输出端口处于稳定状态。示例性地，在复γ平面中，令γs与输出稳定性圆相交，且γ
l
位于输入稳定区内，如图5所示。此时，放大网络20的g
me
达到最优值7.61 db，至此，放大网络20在维持输入端和输出端均不发生振荡的前提下g
me
实现了最大化。
75.在有源二端口网络的晶体管为40nm工艺制成的晶体管的情况下，按照前面确定的z
l
和zs，计算得到第一电容c1为100ff，第二电容c2为16ff，第三电容c3为27ff；第一电感l1为32ph，第二电感l2为11ph，第三电感l3为7.9ph，第四电感l4为30.5ph，第五电感l5为85.95ph，第六电感l6为36.16ph。
76.其中，在该参数设置下的放大器的s参数如图8所示，在200ghz处，s
11
和s
22
均小于0，表明放大器的输入和输出端口均不发生振荡，放大器的小信号增益为7.61db。作为对比，采用相同晶体管，采用共轭匹配增益g
ma
设计的放大器，其增益为3.58db；另外，一个采用最大效率增益g
ma
设计，但未采用本技术所述方法进行优化的放大器，其s参数如图9所示，在200ghz处，该放大器的小信号增益为7.01db，但其s
22
大于0，达到了0.8db，表明放大器的输出端口将产生振荡。对比可知，采用本技术的设计方法，可以在保证放大器不震荡的情况下提高太赫兹放大器的增益。
77.综上所述：本技术首先搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成。然后，基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点。其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数。接着，基于所述放大网络的输入端的状态、输出端的状态以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。其中，通过控制输入端的状态、输出端的状态，可以确保放大网络不发生振荡；通过控制标记点，可以确保实现最大效率增益能够达到最大。最后，基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的结构和参数。本技术明确了放大网络的构建方法，可以使得放大网络的最大效率增益达到最大，且不发生振荡，从而有效地实现高增益放大器。
78.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作
之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
79.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
80.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种最大效率增益正反馈放大器的构建方法，其特征在于，包括：搭建正反馈放大器，其中，所述正反馈放大器包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成；基于所述放大网络的s参数，确定所述放大网络在复λ平面中的标记点，其中，所述复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，所述标记点的坐标由所述放大网络的λ值确定，，和为所述放大网络的s参数；基于所述放大网络的所述标记点、输入端的状态以及输出端的状态，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标放大网络的输入端及输出端均处于稳定状态，目标放大网络的标记点的虚部为0且具有最小实部值；基于目标负载阻抗值和目标源阻抗值，确定所述输入供电匹配网络及所述输出供电匹配网络的结构和参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述放大网络的所述标记点、输入端的状态以及输出端的状态，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，包括：确定所述放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域，其中，所述复平面为以值的实部为横坐标、以值的虚部为纵坐标构建的坐标系；基于所述输出稳定区域、所述输入稳定区域以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，其中，对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的目标标记点为满足第一条件、第二条件和第三条件的标记点中具有最小实部值的标记点，所述第一条件为：对应于目标负载阻抗值的负载反射系数在所述输出稳定区域以内，所述第二条件为：对应于目标源阻抗值的源反射系数在所述输入稳定区域以内，所述第三条件为：对应于目标负载阻抗值和目标源阻抗值的标记点落在所述复λ平面的横轴上。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述输出稳定区域、所述输入稳定区域以及所述标记点，确定所述反馈网络的结构和参数，以及确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值的过程，包括：调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点落在所述复λ平面的横轴上；判断所述放大网络是否满足第四条件：负载反射系数落在输出稳定区域以内，且，源反射系数落在输入稳定区域以内；若否，调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往正方向移动预设的步长，并返回执行判断所述放大网络是否满足下述条件的步骤；若是，调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长；判断所述放大网络是否满足第五条件：负载反射系数落在输出稳定区域的边界，或，源反射系数落在输入稳定区域的边界；
若否，返回执行调节所述反馈网络的结构和参数，令所述放大网络的标记点在所述复λ平面的横轴上往负方向移动预设的步长的步骤；若是，基于所述放大网络的负载反射系数和源反射系数，确定所述放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述放大网络在复平面的输出稳定区域和输入稳定区域的过程，包括：基于所述放大网络的z参数，计算得到负载阻抗值和源阻抗值；将负载阻抗值转换为负载反射系数，并基于负载反射系数和所述放大网络的s参数，计算得到输出稳定性圆的圆心和半径，将所述输出稳定性圆确定为输出稳定区域；将源阻抗值转换为源反射系数，并基于源反射系数和所述放大网络的s参数，计算得到输入稳定性圆的圆心和半径，将所述输入稳定性圆确定为输入稳定区域。5.一种最大效率增益正反馈放大器，其特征在于，包括：依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络；所述输入供电匹配网络用于在输入端为所述放大网络提供直流偏置电压；所述放大网络用于对所述输入供电匹配网络输入的电信号进行放大并输出至所述输出供电匹配网络；所述输出供电匹配网络用于在输出端为所述放大网络提供直流偏置电压；所述放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，所述放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态；所述放大网络的λ值的虚部为0，其中，，和为所述放大网络的s参数。6.根据权利要求5所述的最大效率增益正反馈放大器，其特征在于，λ值的实部值为满足第六条件下所能获得的最小实部值；所述第六条件为：所述放大网络的输入端和输出端分别处于临界稳定状态和稳定状态，或者，所述放大网络的输入端和输出端分别处于稳定状态和临界稳定状态。7.根据权利要求6所述的最大效率增益正反馈放大器，其特征在于，所述放大网络由有源二端口网络以及并联于所述有源二端口网络的反馈网络构成；所述反馈网络包括第一电容、第一电感、第二电感和第三电感；所述第二电感串联连接于所述有源二端口网络的输入端，所述第三电感串联连接于所述有源二端口网络的输出端；所述第一电感和所述第一电容串联后，一端连接至所述第二电感远离所述有源二端口网络的一端，另一端连接至所述第三电感远离所述有源二端口网络的一端。8.根据权利要求7所述的最大效率增益正反馈放大器，其特征在于，所述输入供电匹配网络包括第四电感、第五电感和第二电容；所述第四电感的一端连接至所述输入供电匹配网络的输入端，另一端接地；所述第二电容的一端连接至所述输入供电匹配网络的输入端，另一端连接至所述输入供电匹配网络的输出端；所述第五电感的一端连接至所述输入供电匹配网络的输出端，另一端连接至第一直流
电源。9.根据权利要求8所述的最大效率增益正反馈放大器，其特征在于，所述输出供电匹配网络包括第三电容和第六电感；所述第三电容的一端连接至所述输出供电匹配网络的输入端，另一端连接至所述输出供电匹配网络的输出端；所述第六电感的一端连接至所述输出供电匹配网络的输入端，另一端连接至第二直流电源。10.根据权利要求9所述的最大效率增益正反馈放大器，其特征在于，所述有源二端口网络的晶体管为40nm工艺制成的晶体管；所述第一电容为100ff，第二电容为16ff，所述第三电容为27ff；所述第一电感为32ph，所述第二电感为11ph，所述第三电感为7.9ph，所述第四电感为30.5ph，所述第五电感为85.95ph，所述第六电感为36.16ph。

技术总结
本申请公开了一种最大效率增益正反馈放大器及其构建方法，包括：搭建正反馈放大器，其包括依次级联的输入供电匹配网络、放大网络和输出供电匹配网络，放大网络由有源二端口网络及反馈网络构成；基于放大网络的S参数，确定放大网络在复λ平面中的标记点，其中，复λ平面为以λ值的实部为横坐标、以λ值的虚部为纵坐标构建的坐标系，标记点的坐标由放大网络的λ值确定；基于放大网络的所述标记点、输入端的状态以及输出端的状态，确定放大网络的目标负载阻抗值和目标源阻抗值，并最终确定放大网络的反馈网络。本申请明确了放大网络的构建方法，可以使得放大网络的最大效率增益达到最大，且不发生振荡，从而有效地实现高增益放大器。器。器。


技术研发人员：邢阳 董锐冰
受保护的技术使用者：广东大湾区空天信息研究院
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/1