CN111541425B - 一种基于耦合传输线的阻抗匹配电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术领域，具体为一种基于耦合传输线的阻抗匹配电路。本发明阻抗匹配电路包括：一对差分耦合传输线，用于实现差分源阻抗与差分负载阻抗之间的阻抗匹配；初级并联电容，用于调整所述阻抗匹配电路初级的品质因数；次级并联电容，用于调整所述阻抗匹配电路次级的品质因数；初级馈电传输线，用于所述阻抗匹配电路初级的直流馈电；次级馈电传输线，用于所述阻抗匹配电路次级的直流馈电。本发明用极小的尺寸同时实现了射频功率放大器的阻抗匹配、直流馈电与直流隔离，并可以通过调整所述初级并联电容与所述次级并联电容的数值调整所述阻抗匹配电路的工作带宽。

Description

一种基于耦合传输线的阻抗匹配电路
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及功率放大器的阻抗匹配电路。
背景技术
信息技术的迅速发展导致人们对通信系统提出了更高的要求，其中，功率放大器更是制约无线通信系统性能的最关键模块之一。如何设计宽带高输出功率的功率放大器一直是业内研究的热点。为了突破硅基功率放大器的功率瓶颈，砷化镓、氮化镓等化合物工艺逐渐成为了高功率应用场景下功率放大器工艺的主流选择；然而，目前基于化合物工艺的功率放大器通常采用传输线、电感等无源器件设计阻抗匹配电路，这种阻抗匹配电路的面积开销与插入损耗均较大，这将会增加功率放大器芯片的加工成本并降低了功率放大器的性能。因此，需要一种新型的阻抗匹配电路，可以在面积较紧凑的同时拥有较低的插入损耗。
发明内容
本发明提供了一种基于耦合传输线的阻抗匹配电路，可以以极小的尺寸实现射频功率放大器的阻抗匹配、直流馈电与直流隔离，并可以通过调整并联电容的数值调整所述阻抗匹配电路的工作带宽。
本发明提供的基于耦合传输线的阻抗匹配电路，用于实现差分功率放大器的级间匹配，包括：一对差分耦合传输线、初级并联电容、次级并联电容、初级馈电传输线、次级馈电传输线；其中：
所述一对差分耦合传输线，用于实现差分源阻抗与差分负载阻抗之间的阻抗匹配；
所述初级并联电容用于调整所述阻抗匹配电路初级的品质因数；
所述次级并联电容用于调整所述阻抗匹配电路次级的品质因数；
所述初级馈电传输线用于阻抗匹配电路初级的直流馈电；
所述次级馈电传输线用于阻抗匹配电路次级的直流馈电；
所述差分耦合传输线的初级耦合传输线两端为所述阻抗匹配电路的差分输入端，所述差分耦合传输线的次级耦合传输线两端为所述阻抗匹配电路的差分输出端；
所述初级并联电容并联于所述差分耦合传输线的初级耦合传输线两端；
所述次级并联电容并联于所述差分耦合传输线的次级耦合传输线两端；
所述初级馈电传输线连接于所述差分耦合传输线的初级耦合传输线的中点；
所述次级馈电传输线连接于所述差分耦合传输线的次级耦合传输线的中点。
本发明中，所述差分耦合传输线的初级耦合传输线以及次级耦合传输线的长度、宽度、间距可以根据源阻抗、负载阻抗的数值以及所要求的匹配带宽进行调整以达到最佳的阻抗匹配。
本发明中，在输入信号为差分信号时，所述初级耦合传输线的中点为虚地点，因此所述初级馈电传输线将不会对所述阻抗匹配电路的阻抗匹配功能造成影响。
本发明中，在输入信号为差分信号时，所述次级耦合传输线的中点为虚地点，因此所述次级馈电传输线将不会对所述阻抗匹配电路的阻抗匹配功能造成影响。
本发明中，所述差分耦合传输线可以以集成电路或印制电路板的形式实现。
本发明中，所述初级并联电容或所述次级并联电容可以省略，所述阻抗匹配电路仍拥有阻抗匹配的效果。
本发明中，所述阻抗匹配电路的输入端或输出端若为单端信号，此时可以将另一端接地，则所述阻抗匹配电路将拥有将单端信号转换为差分信号或将差分信号转换为单端信号的功能。具体说明如下：
所述阻抗匹配电路的输入端为单端信号，这时，本发明的基于耦合传输线的阻抗匹配电路，用于实现差分功率放大器的输入匹配，包括：一对耦合传输线、初级并联电容、次级并联电容、次级馈电传输线。其中，所述耦合传输线用于实现单端源阻抗与差分负载阻抗之间的单端-差分转换与阻抗匹配；所述初级并联电容用于调整阻抗匹配电路初级的品质因数；所述次级并联电容用于调整阻抗匹配电路次级的品质因数；所述次级馈电传输线用于阻抗匹配电路次级的直流馈电。
所述阻抗匹配电路的输出端为单端信号，这时，本发明的基于耦合传输线的阻抗匹配电路，用于实现差分功率放大器的输出匹配，包括：一对耦合传输线、初级并联电容、次级并联电容、初级馈电传输线。其中，所述耦合传输线用于实现差分源阻抗与单端负载阻抗之间的差分-单端转换与阻抗匹配；所述初级并联电容用于调整阻抗匹配电路初级的品质因数；所述次级并联电容用于调整阻抗匹配电路次级的品质因数；所述初级馈电传输线用于阻抗匹配电路初级的直流馈电。
上述基于耦合传输线的阻抗匹配电路可以减小阻抗匹配电路的面积开销，并可以实现宽带匹配。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种阻抗匹配电路用于功率放大器级间匹配的示意图。
图2为本发明实施例中提供的一种阻抗匹配电路用于功率放大器输入匹配的示意图。
图3为本发明实施例中提供的一种阻抗匹配电路用于功率放大器输出匹配的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行完整的描述。所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并不构成对本发明实施例的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例中提供的一种阻抗匹配电路用于功率放大器级间匹配的示意图。如图1所示，所述阻抗匹配电路包括：一对差分耦合传输线101、初级并联电容102、次级并联电容103、初级馈电传输线104、次级馈电传输线105。
其中，所述差分耦合传输线101的初级耦合传输线两端为所述阻抗匹配电路100的差分输入端，所述差分耦合传输线的次级耦合传输线两端为所述阻抗匹配电路100的差分输出端；所述差分耦合传输线101为对称的结构，以保证差分信号的平衡性。
优选地，所述差分耦合传输线101可以为上下金属线耦合的形式，也可以是同层金属线邻近耦合的形式；所述差分耦合传输线101选取上下金属线耦合的形式可以达到更高的耦合系数，从而减小阻抗匹配电路的插入损耗。
其中，所述初级并联电容102并联于所述差分耦合传输线101的初级耦合传输线两端，用于调整匹配电路100初级的品质因数；当所述初级并联电容102增大时，匹配电路100初级的品质因数将会提高，从小减小匹配电路100的带宽；同时差分耦合传输线101的初级传输线的长度将会减小，从而节省功率放大器面积开销。
优选地，所述初级并联电容102可以省略，所述阻抗匹配电路仍可以具有阻抗匹配的作用。
其中，所述次级并联电容103并联于所述差分耦合传输线101的次级耦合传输线两端，用于调整匹配电路100次级的品质因数；当所述次级并联电容103增大时，匹配电路100次级的品质因数将会提高，从小减小匹配电路100的带宽；同时差分耦合传输线101的次级传输线的长度将会减小，从而节省功率放大器面积开销。
优选地，所述次级并联电容103可以省略，所述阻抗匹配电路仍可以具有阻抗匹配的作用。
其中，所述初级馈电传输线104连接于所述差分耦合传输线101的初级耦合传输线的中点；由于差分耦合传输线101的初级耦合传输线中点为虚地点，因此初级馈电传输线104的物理尺寸将不会对匹配电路100的性能造成显著影响。
其中，所述次级馈电传输线105连接于所述差分耦合传输线101的次级耦合传输线的中点；由于差分耦合传输线101的次级耦合传输线中点为虚地点，因此次级馈电传输线105的物理尺寸将不会对匹配电路100的性能造成显著影响。
优选地，所述次级馈电传输线105由于连接后级晶体管的栅极，因此其传输的电流接近于零；因此可以选择较小的线宽。
图2为本发明实施例中提供的一种阻抗匹配电路用于功率放大器输入匹配的示意图。如图2所示，一种用于功率放大器输入匹配的阻抗匹配电路200包括一对耦合传输线201、初级并联电容202、次级并联电容203、次级馈电传输线204。
其中，所述耦合传输线201的初级耦合传输线一端接地，另一端为所述用于功率放大器输入匹配的阻抗匹配电路200的单端输入端；所述耦合传输线201的次级耦合传输线两端为所述用于功率放大器输入匹配的阻抗匹配电路200的差分输出端。
其中，所述初级并联电容202并联于所述耦合传输线201的初级耦合传输线两端,用于调整所述阻抗匹配电路200初级的品质因数；
其中，所述次级并联电容203并联于所述耦合传输线201的次级耦合传输线两端,用于调整所述阻抗匹配电路200次级的品质因数；
其中，次级馈电传输线204连接于所述耦合传输线201的次级耦合传输线的中点；
本发明实施例提供的用于功率放大器输入匹配的阻抗匹配电路200同时拥有单端-差分转化与阻抗匹配的功能。
图3为本发明实施例中提供的一种阻抗匹配电路用于功率放大器输出匹配的示意图。如图3所示，一种用于功率放大器输出匹配的阻抗匹配电路300包括一对耦合传输线301、初级并联电容302、次级并联电容303、初级馈电传输线304。
其中，所述耦合传输线301的次级耦合传输线一端接地，另一端为所述用于功率放大器输出匹配的阻抗匹配电路300的单端输出端；所述耦合传输线301的初级耦合传输线两端为所述用于功率放大器输出匹配的阻抗匹配电路300的差分输入端。
其中，所述初级并联电容302并联于所述耦合传输线301的初级耦合传输线两端,用于调整所述阻抗匹配电路300初级的品质因数；
其中，所述次级并联电容303并联于所述耦合传输线301的次级耦合传输线两端,用于调整所述阻抗匹配电路300次级的品质因数；
其中，初级馈电传输线304连接于所述耦合传输线301的初级耦合传输线的中点。
本发明实施例提供的用于功率放大器输出匹配的阻抗匹配电路300同时拥有差分-单端转化与阻抗匹配的功能。
本发明可以用上述实施例的任意一种方法实施。本发明用极小的尺寸同时实现了射频功率放大器的阻抗匹配、直流馈电与直流隔离，同时可以兼具巴伦的功能。因此非常适合于紧凑型功率放大器以及宽带功率放大器的设计。
以上对本发明实施例所提供的一种基于耦合传输线的阻抗匹配电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于耦合传输线的阻抗匹配电路，其特征在于，包括：一对差分耦合传输线，初级并联电容，次级并联电容，初级馈电传输线，次级馈电传输线，其中：
所述一对差分耦合传输线，用于实现差分源阻抗与差分负载阻抗之间的阻抗匹配；
所述初级并联电容，用于调整所述阻抗匹配电路初级的品质因数；
所述次级并联电容，用于调整所述阻抗匹配电路次级的品质因数；
所述初级馈电传输线，用于阻抗匹配电路初级的直流馈电；
所述次级馈电传输线，用于阻抗匹配电路次级的直流馈电；
所述差分耦合传输线的初级耦合传输线两端为所述阻抗匹配电路的差分输入端，所述差分耦合传输线的次级耦合传输线两端为所述阻抗匹配电路的差分输出端；
所述初级并联电容并联于所述差分耦合传输线的初级耦合传输线两端；
所述次级并联电容并联于所述差分耦合传输线的次级耦合传输线两端；
所述初级馈电传输线连接于所述差分耦合传输线的初级耦合传输线的中点；
所述次级馈电传输线连接于所述差分耦合传输线的次级耦合传输线的中点。
2.根据权利要求1所述阻抗匹配电路，其特征在于，所述差分耦合传输线的初级耦合传输线以及次级耦合传输线的长度、宽度、间距根据源阻抗、负载阻抗的数值以及所要求的匹配带宽进行调整以达到最佳的阻抗匹配。
3.根据权利要求1所述阻抗匹配电路，其特征在于，所述差分耦合传输线以集成电路或印制电路板的形式实现。
4.根据权利要求1所述阻抗匹配电路，其特征在于，所述初级并联电容或所述次级并联电容省略，所述阻抗匹配电路仍拥有阻抗匹配的效果；
（1）所述初级并联电容省略，这时，所述次级并联电容并联于所述差分耦合传输线的次级耦合传输线两端，用于调整匹配电路次级的品质因数；当所述次级并联电容增大时，匹配电路次级的品质因数将会提高，从小减小匹配电路的带宽；同时差分耦合传输线的次级传输线的长度将会减小，从而节省功率放大器面积开销；
（2）所述次级并联电容省略，这时，所述初级馈电传输线连接于所述差分耦合传输线的初级耦合传输线的中点；由于差分耦合传输线的初级耦合传输线中点为虚地点，因此初级馈电传输线的物理尺寸不会对匹配电路的性能造成显著影响；
其中，所述次级馈电传输线连接于所述差分耦合传输线的次级耦合传输线的中点；由于差分耦合传输线的次级耦合传输线中点为虚地点，因此次级馈电传输线的物理尺寸不会对匹配电路的性能造成显著影响。
5.根据权利要求1所述阻抗匹配电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路的输入端或输出端若为单端信号，此时将另一端接地，则所述阻抗匹配电路将具有将单端信号转换为差分信号或将差分信号转换为单端信号的功能。
6.根据权利要求5所述阻抗匹配电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路的输入端为单端信号，这时阻抗匹配电路，包括：一对耦合传输线、初级并联电容、次级并联电容、次级馈电传输线；其中，所述耦合传输线用于实现单端源阻抗与差分负载阻抗之间的单端-差分转换与阻抗匹配；所述初级并联电容用于调整阻抗匹配电路初级的品质因数；所述次级并联电容用于调整阻抗匹配电路次级的品质因数；所述次级馈电传输线用于阻抗匹配电路次级的直流馈电。
7.根据权利要求5所述阻抗匹配电路，其特征在于，所述阻抗匹配电路的输出端为单端信号，这时阻抗匹配电路包括：一对耦合传输线、初级并联电容、次级并联电容、初级馈电传输线；其中，所述耦合传输线用于实现差分源阻抗与单端负载阻抗之间的差分-单端转换与阻抗匹配；所述初级并联电容用于调整阻抗匹配电路初级的品质因数；所述次级并联电容用于调整阻抗匹配电路次级的品质因数；所述初级馈电传输线用于阻抗匹配电路初级的直流馈电。
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