CN103825561B - 一种频率和带宽可调的射频放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率和带宽可调的射频放大器，输入输出匹配网络包括中间的带状传输线、集总参数的电容、分布在带状传输线两侧的带状开路短截线和带状短路短截线，带状传输线、带状开路短截线和带状短路短截线的结构相同，带状传输线包括由上往下依次分布的金属栅层、二氧化硅层和原始高掺杂层；在金属栅层上加偏置电压后，原始高掺杂层内形成由上往下分布的沟道反型层、PN结层和后高掺杂层，二氧化硅层和PN结层作为绝缘层，金属栅层和后高掺杂层作为地，中间的沟道反型层作为传输导线，通过改变带状传输线上面的金属栅偏置电压，进而改变带状传输线的特征阻抗，从而实现放大器带宽和中心频率的快速调谐。

Description

一种频率和带宽可调的射频放大器

技术领域

本发明涉及一种应用于软件无线电和认知无线电的可调射频放大器，尤其涉及一种可快速调谐中心频率和带宽的射频放大器。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，无线通信的制式也越来越多，如当前已经广泛应用的无线网络有三大运营商的GSM、CDMA1.X、DCS、3G和在建的LTE网络等，还有开放式的2.4GHz和5.8GHz等。由于每个无线通信制式所用频率和制式不同，每建一个网络都要重新划定频谱并建设新的无线接入设备，这样极大浪费设备的投入，由于干扰等原因，不同通信系统站址的选择也越来越困难。为了节约运营商的网络覆盖成本和建设时间，软件无线电技术得以提出并应用到当前的无线通信领域。软件无线电可以根据系统需要通过软件实现不同通信制式在同一设备上的切换，所以叫软件无线电，但软件无线电内部最核心的也就是射频模块的软切换，即可调滤波器、可调放大器和可调调制解调器等，作为和天馈系统最接近的功率放大器的可调谐特性也是重点研究和设计的方向。

频谱资源是非可再生的资源，随着无线通信制式的越来越多，频谱已出现短缺，为后续通信系统的持续发展带来了困难。为了能够有效的利用闲置频谱，无线通信领域适时发展了认知无线电技术。认知无线电技术的工作模式为，通过频谱侦测找寻闲置的频谱资源，并用于通信。当标准划定的系统需要应用这部分频谱时，系统释放出当前频率，并自动并快速的切换到其它闲置频率继续工作。所以说认知无线电更需要频率和带宽等可调谐的射频功率放大器，实现自我配置响应和动态自适应环境变化，以充分利用频谱资源。

放大器的可调谐性（频率和带宽）主要体现在输入和输出阻抗匹配的调谐。当前应用的调谐部件是在匹配电路处加入变容二极管和微机械（MEMS）。它们主要是应用改变匹配电容的方式改变中心频率。由于匹配电路就是滤波器，如果只改变电容，相当于没有办法改变滤波器谐振单元间的耦合，没办法大范围连续改变带宽，并且输入和输出回波损耗会恶化（变差），难以达到实际的应用。本发明应用调谐分布参数，可实现中心频率和带宽的双重快速调谐，且输入和输出回波损耗参数不会恶化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可快速调谐中心频率和带宽的射频放大器，通过改变带状传输线上面的金属栅偏置电压，进而改变带状传输线的特征阻抗，从而实现放大器带宽和中心频率的快速调谐。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种频率和带宽可调的射频放大器，包括金属腔体、连接器组件、放大和可调谐器件，所述的连接器组件设置在金属腔体的外侧，所述的放大和可调谐器件包括输入输出匹配网络和放大管，其特征在于输入输出匹配网络包括中间的带状传输线、集总参数的电容、分布在带状传输线两侧的带状开路短截线和带状短路短截线，所述的带状传输线、带状开路短截线和带状短路短截线的结构相同，所述的带状传输线包括由上往下依次分布的金属栅层、二氧化硅层和原始高掺杂层；在金属栅层上加偏置电压后，所述的原始高掺杂层内形成由上往下分布的沟道反型层、PN结层和后高掺杂层，所述的二氧化硅层和PN结层作为绝缘层，金属栅层和后高掺杂层作为地，中间的沟道反型层作为传输导线。

所述的输入输出匹配网络包括输入匹配网络和输出匹配网络，所述的放大管位于所述的输入匹配网络和输出匹配网络之间，所述的连接器组件包括第一连接器和第二连接器，所述的第一连接器设置在金属腔体的一侧，所述的第二连接器设置在金属腔体的另一侧。

所述的输入匹配网络包括第一带状传输线、第一集总参数的电容、第一带状开路短截线和第一带状短路短截线，所述的输出匹配网络第二带状传输线、第二集总参数的电容、第二带状开路短截线和第二带状短路短截线，所述的第一带状传输线前端的沟道反型层与第一连接器连接，第一带状传输线后端的沟道反型层与放大器的栅极连接，第二带状传输线前端的沟道反型层与放大器的漏极连接，第二带状传输线后端的沟道反型层与第二连接器连接。

放大器接在第一带状传输线的沟道反型层和第二带状传输线的沟道反型层之间，所述的第一集总参数的电容接在所述的第一带状传输线的沟道反型层上，所述的第二集总参数的电容接在所述的第二带状传输线的沟道反型层上。

所述的放大器的第一源极接地，所述的放大器的第二源极接地。

所述的第一带状开路短截线的一端与第一带状传输线连接，第一带状开路短截线的另一端悬空，所述的第一带状开路短截线的长度延伸方向垂直于第一带状传输线的长度延伸方向，所述的第二带状开路短截线与一端与第二带状传输线连接，第二带状开路短截线的另一端悬空，所述的第二带状开路短截线的长度延伸方向垂直于第二带状传输线的长度延伸方向。

所述的第一带状短路短截线的一端与第一带状传输线连接，所述的第一带状短路短截线的另一端沟道反型层接地，所述的第一带状短路短截线的长度延伸方向垂直于第一带状传输线的长度延伸方向，所述的第二带状短路短截线与一端与第二带状传输线连接，所述的第二带状短路短截线的另一端沟道反型层接地，所述的第二带状短路短截线的长度延伸方向垂直于第二带状传输线的长度延伸方向。

与现有技术相比，本发明的优点是射频放大器工作时，在金属栅上加偏置电压，通过改变栅压，进而改变沟道的传输特性，实现输入和输出匹配网络的调谐。普通的射频放大器输入和输出匹配网络用微带线和集总参数的电容、电感等器件作为匹配器件，不能实现带宽的调谐。当前研究最多的是用变容二极管和MEMS加载在开路短截线的终端，用于调谐。变容二极管和MEMS的调谐原理是一样的，都是改变终端的容抗，用以改变中心频率。但作为匹配网络的滤波网络，它是受谐振单元的中心频率和谐振单元间的耦合量影响的，仅仅改变中心频率难以较好的改变带宽，而且中心频率改变过大，VSWR（电压驻波比）等参数也会恶化，所以集总参数改变中心谐振频率的方法很难实用化。本发明通过改变沟道的尺寸，也就是改变传输线的特征阻抗用于实现放大器的调谐，因为是分布参数，所以中心频率和带宽都能够连续可调。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的带状传输线的金属栅加偏置电压前的结构图；

图3为本发明的带状传输线的金属栅加偏置电压后的结构图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种频率和带宽可调的射频放大器，包括金属腔体3、连接器组件和放大和可调谐器件，连接器组件设置在金属腔体3的外侧，放大和可调谐器件包括输入输出匹配网络和放大管，输入输出匹配网络包括中间的带状传输线、集总参数的电容、分布在带状传输线两侧的带状开路短截线和带状短路短截线，带状传输线、带状开路短截线和带状短路短截线一体成型且结构相同，带状传输线包括由上往下依次分布的金属栅层13、二氧化硅层14和原始高掺杂层15；在金属栅层13上加偏置电压后，原始高掺杂层15内形成由上往下分布的沟道反型层16、PN结层17和成型后的高掺杂层18，二氧化硅层14和PN结层17作为绝缘层，金属栅层13和后高掺杂层18作为地，中间的沟道反型层16作为传输导线。

输入输出匹配网络包括输入匹配网络和输出匹配网络，放大管位于输入匹配网络和输出匹配网络之间，连接器组件包括第一连接器1和第二连接器2，第一连接器1设置在金属腔体3的一侧，第二连接器2设置在金属腔体3的另一侧。

输入匹配网络包括第一带状传输线4、第一集总参数的电容5、第一带状开路短截线6和第一带状短路短截线7，输出匹配网络第二带状传输线8、第二集总参数的电容9、第二带状开路短截线10和第二带状短路短截线11，第一带状传输线4前端的沟道反型层16与第一连接器4连接，第一带状传输线4后端的沟道反型层16与放大器12的栅极121连接，第二带状传输线8前端的沟道反型层16与放大器12的漏极122连接，第二带状传输线8后端的沟道反型层16与第二连接器2连接。

放大器12接在第一带状传输线4的沟道反型层16和第二带状传输线8的沟道反型层16之间，第一集总参数的电容5接在第一带状传输线4的沟道反型层16上，第二集总参数的电容9接在第二带状传输线8的沟道反型层16上。

放大器12的第一源极123接地，放大器12的第二源极124接地。

第一带状开路短截线6的一端与第一带状传输线4连接，第一带状开路短截线6的另一端悬空，第一带状开路短截线6的长度延伸方向垂直于第一带状传输线4的长度延伸方向，第二带状开路短截线10与一端与第二带状传输线8连接，第二带状开路短截线10的另一端悬空，第二带状开路短截线10的长度延伸方向垂直于第二带状传输线8的长度延伸方向。

第一带状短路短截线7的一端与第一带状传输线4连接，第一带状短路短截线7的另一端沟道反型层16接地161，第一带状短路短截线7的长度延伸方向垂直于第一带状传输线4的长度延伸方向，第二带状短路短截线11与一端与第二带状传输线8连接，第二带状短路短截线11的另一端沟道反型层16接地162，第二带状短路短截线11的长度延伸方向垂直于第二带状传输线8的长度延伸方向。

Claims (7)

1.一种频率和带宽可调的射频放大器，包括金属腔体、连接器组件和放大和可调谐器件，所述的连接器组件设置在金属腔体的外侧，所述的放大和可调谐器件包括输入输出匹配网络和放大管，其特征在于输入输出匹配网络包括中间的带状传输线、集总参数的电容、分布在带状传输线两侧的带状开路短截线和带状短路短截线，所述的带状传输线、带状开路短截线和带状短路短截线结构相同，所述的带状传输线包括由上往下依次分布的金属栅层、二氧化硅层和原始高掺杂层；在金属栅层上加偏置电压后，所述的原始高掺杂层内形成由上往下分布的沟道反型层、PN结层和后高掺杂层，所述的二氧化硅层和PN结层作为绝缘层，金属栅层和后高掺杂层作为地，中间的沟道反型层作为传输导线。

2.根据权利要求1所述的一种频率和带宽可调的射频放大器，其特征在于所述的输入输出匹配网络包括输入匹配网络和输出匹配网络，所述的放大管位于所述的输入匹配网络和输出匹配网络之间，所述的连接器组件包括第一连接器和第二连接器，所述的第一连接器设置在金属腔体的一侧，所述的第二连接器设置在金属腔体的另一侧。

3.根据权利要求2所述的一种频率和带宽可调的射频放大器，其特征在于所述的输入匹配网络包括第一带状传输线、第一集总参数的电容、第一带状开路短截线和第一带状短路短截线，所述的输出匹配网络包括第二带状传输线、第二集总参数的电容、第二带状开路短截线和第二带状短路短截线，所述的第一带状传输线前端的沟道反型层与第一连接器连接，第一带状传输线后端的沟道反型层与放大器的栅极连接，第二带状传输线前端的沟道反型层与放大器的漏极连接，第二带状传输线后端的沟道反型层与第二连接器连接。

4.根据权利要求3所述的一种频率和带宽可调的射频放大器，其特征在于放大器接在第一带状传输线的沟道反型层和第二带状传输线的沟道反型层之间，所述的第一集总参数的电容接在所述的第一带状传输线的沟道反型层上，所述的第二集总参数的电容接在所述的第二带状传输线的沟道反型层上。

5.根据权利要求3所述的一种频率和带宽可调的射频放大器，其特征在于所述的放大器的第一源极接地，所述的放大器的第二源极接地。

6.根据权利要求3所述的一种频率和带宽可调的射频放大器，其特征在于所述的第一带状开路短截线的一端与第一带状传输线连接，第一带状开路短截线的另一端悬空，所述的第一带状开路短截线的长度延伸方向垂直于第一带状传输线的长度延伸方向，所述的第二带状开路短截线的一端与第二带状传输线连接，第二带状开路短截线的另一端悬空，所述的第二带状开路短截线的长度延伸方向垂直于第二带状传输线的长度延伸方向。

7.根据权利要求3所述的一种频率和带宽可调的射频放大器，其特征在于所述的第一带状短路短截线的一端与第一带状传输线连接，所述的第一带状短路短截线的另一端沟道反型层接地，所述的第一带状短路短截线的长度延伸方向垂直于第一带状传输线的长度延伸方向，所述的第二带状短路短截线的一端与第二带状传输线连接，所述的第二带状短路短截线的另一端沟道反型层接地，所述的第二带状短路短截线的长度延伸方向垂直于第二带状传输线的长度延伸方向。