CN112491374A - 毫米波功率放大器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波功率放大器电路，包括：处理模块，用于接收射频信号，将射频信号处理成两路信号，其中一路信号为放大路信号，另一路信号为检测路信号；控制模块，用于将检测路信号中的至少一个特征量生成调节控制信号，调节控制信号用于调节放大路信号到达调节模块的时间；调节模块，用于对放大路信号中的至少一个特征量进行调整；延时模块，用于延后放大路信号的输出时间；开关模块，用于接收放大路信号包括耦合电感电路以及晶体管控制电路；功率放大模块组，用于对放大路信号进行功率放大；输出模块组，用于输出放大后的信号。本发明提供的毫米波功率放大器电路能够满足适用范围广且低插入损耗、高隔离度。

Description

毫米波功率放大器电路

技术领域

本发明属于射频集成电路领域，具体涉及一种毫米波功率放大器电路。

背景技术

功率放大器用于将输入的射频信号进行放大后，输出至射频线圈。功率放大器目的是提高信号的功率水平。现有的功率放大器，针对于不同大小的射频信号功率，具有不同的幅度放大能力和不同的输出相位，从而呈现非线性的特点。功率放大器主要包括晶体管、输入网络、输出网络和射频扼流圈等。晶体管用作功率放大器的开关，插入损耗、隔离度是衡量射频集成开关的重要参数，通常需要设计出低插入损耗且高隔离度的开关。

并且，功率放大器只能对某一指定频率的信号进行放大，限制了功率放大器的使用范围。

因此，如何实现一种适用范围广且低插入损耗、高隔离度的毫米波功率放大器电路，是本领域内亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种毫米波功率放大器电路。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供的一种毫米波功率放大器电路，包括：

处理模块，用于接收射频信号，将所述射频信号处理成两路信号，其中一路信号为放大路信号，用于信号放大，另一路信号为检测路信号，用于信号检测；

控制模块，连接所述处理模块以及所述调节模块，用于将所述检测路信号中的至少一个特征量生成调节控制信号，所述调节控制信号用于调节所述放大路信号到达所述调节模块的时间；

调节模块，基于所述调节控制信号对所述放大路信号中的至少一个特征量进行调整；

延时模块，用于改变所述射频信号的传输延时，延后放大路信号的输出时间；

开关模块，用于接收所述放大路信号，选择一个输出端口与输入端口导通并输出所述放大路信号给对应的功率放大模块，包括耦合电感电路以及晶体管控制电路，利用所述耦合电感电路实现端口隔离，利用所述晶体管控制电路调节导通端口的负载；

功率放大模块组，用于对所述放大路信号进行功率放大，包括多个功率放大模块；

输出模块组，用于输出放大后的信号，包括多个输出模块。

可选的，所述开关模块还包括：

输入端口、第一输出端口、第二输出端口、第三输出端口以及第四输出端口；

耦合电感电路，所述耦合电感电路包括与所述输入端口以及各个输出端口分别连接的电感线圈，所述耦合电感电路用于隔离所述第一输出端口、所述第二输出端口、所述第三输出端口以及所述第四输出端口；

晶体管控制电路，所述晶体管控制电路包括分别与所述第一输出端口、所述第二输出端口、所述第三输出端口、所述第四输出端口连接的第n控制电路，其中n依次对应为一至四；所述晶体管控制电路基于各个控制电路的电平信号，选择一个输出端口实现与所述输入端口导通，以及利用与各个输出端口连接的所述电感线圈、除该输出端口之外的其余输出端口所连接的控制电路，配置该输出端口的负载，以实现该输出端口的负载匹配。

可选的，所述耦合电感电路的所述电感线圈，包括：

第一电感线圈、第二电感线圈以及第三电感线圈，所述第一电感线圈与所述输入端口连接，所述第二电感线圈连接在所述第一输出端口与所述第二输出端口之间，所述第三电感线圈连接在所述第三输出端口与所述第四输出端口之间。

可选的，所述开关模块还包括：

控制端口组，所述控制端口组包括第一控制端口，第二控制端口，第三控制端口以及第四控制端口，所述第一控制端口与所述第一控制电路连接，所述第二控制端口与所述第二控制电路连接，所述第三控制端口与所述第三控制电路连接，所述第四控制端口与所述第四控制电路连接，所述控制端口组用于为所述晶体管控制电路提供电平信号。

可选的，所述第n控制电路包括：第n晶体管、第n栅极偏置电阻以及所述第n晶体管的源极间的第n外接电阻，所述第n栅极偏置电阻连接在所述第n晶体管的栅极与所述第n控制端口之间，所述第n晶体管的漏极与所述第n输出端口并联，所述第n晶体管的源极接地，所述第n外接电阻的一端与所述第n晶体管的衬底连接，所述第n外接电阻的另一端接地。

可选的，所述第一控制端口提供第一电平信号，所述第二控制端口、所述第三控制端口以及所述第四控制端口提供第二电平信号，所述第一晶体管开关断开，所述第二晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管开关导通，所述输入端口与所述第一输出端口导通。

可选的，所述第二控制端口提供第一电平信号，所述第一控制端口、所述第三控制端口以及所述第四控制端口提供第二电平信号，所述第二晶体管开关断开，所述第一晶体管、所述第三晶体管以及所述第四晶体管开关导通，所述输入端口与所述第二输出端口导通。

可选的，所述第三控制端口提供第一电平信号，所述第一控制端口、所述第二控制端口以及所述第四控制端口提供第二电平信号，所述第三晶体管开关断开，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第四晶体管开关导通，所述输入端口与所述第三输出端口导通。

可选的，所述第四控制端口提供第一电平信号，所述第一控制端口、所述第二控制端口以及所述第三控制端口提供第二电平信号，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管开关导通，所述第四晶体管关断开，所述输入端口与所述第四输出端口导通。

可选的，所述开关模块还包括：旁路电容，所述旁路电容一端与所述第一电感线圈相连，所述旁路电容的另一端接地。

本发明实施例提供的一种毫米波功率放大器电路，利用开关模块中的耦合电感电路实现各端口之间的高隔离度，利用晶体管控制电路实现输出端口切换以连通对应的放大模块，并且同时调整开关输出端的负载，能够进一步实现较低的插入损耗，因此可以实现一种适用范围广且高隔离度、低插入损耗的毫米波功率放大器电路。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种毫米波功率放大器电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种毫米波功率放大器电路的具体结构示意图；

图3是本发明实施例提供的开关模块的电路结构示意图；

图4～图7是本发明实施例提供的开关模块在不同电平信号下的等效电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了实现一种适用范围广且低插入损耗、高隔离度的毫米波功率放大器，本发明实施例提供了一种毫米波功率放大器电路。下面，对该毫米波功率放大器电路进行介绍。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种毫米波功率放大器电路的结构示意图，包括：

处理模块100，用于接收射频信号，将射频信号处理成两路信号，其中一路信号为放大路信号，用于信号放大，另一路信号为检测路信号，用于信号检测；

控制模块400，连接处理模块以及调节模块，用于将检测路信号中的至少一个特征量生成调节控制信号，调节控制信号用于调节放大路信号到达调节模块的时间；

调节模块300，基于调节控制信号对放大路信号中的至少一个特征量进行调整；

延时模块200，用于改变射频信号的传输延时，延后放大路信号的输出时间；

开关模块500，用于接收放大路信号，选择一个输出端口与输入端口导通并输出放大路信号给对应的功率放大模块，包括耦合电感电路以及晶体管控制电路，利用耦合电感电路实现端口隔离，利用晶体管控制电路调节导通端口的负载；

功率放大模块组600，用于对放大路信号进行功率放大，包括多个功率放大模块；

输出模块组700，用于输出放大后的信号，包括多个输出模块。

以下，对本实施例中的各个结构进行介绍：

(1)处理模块100：

处理模块100将输入的射频信号分成两路信号，分别为放大路信号以及检测路信号。放大路信号用于后续信号的放大，检测路信号用于后续对放大路信号的时间延迟的控制。

本实施例中，处理模块100可以是功分器或者耦合器。

(2)控制模块400：

控制模块400根据检测路信号的至少一个特征量，生成调节控制信号。调节控制信号能够控制调节模块300对放大路信号中的至少一个特征量的调整程度。

具体的，特征量可以是幅度，也可以是相位。控制模块400包括输入信号检测电路(未图示)可以检测输入的检测路信号的幅度和/或相位。进一步的，控制模块400能够根据检测路信号的幅度推算出输入的射频信号的幅度，再根据射频信号的幅度以及预设信号要求，计算出放大路信号幅度的调整程度，生成调节控制信号。预设信号要求为毫米波功率放大器电路最终输出的射频信号的幅度，可以根据实际需要进行调整。

本领域技术人员可以理解的是，放大路信号的幅度是放大路信号中一个主要的数据，放大路信号的相位调整程度也能够通过幅度的调整程度得出。因此，放大路信号相位的调整程度也能够得出。

(3)调节模块300：

调节模块300既用于对放大路信号中的至少一个特征量进行调整，同时还用于将调整后的放大器电路输入至开关模块500。

具体的，特征量可以是幅度，也可以是相位。调节模块300根据调节控制信号对放大路信号的幅度和/或相位进行相应的调整。

(4)延时模块200：

可以理解的是，调节控制信号生成的过程需要消耗一定的时间，而放大路信号是直接到达调节模块300的。因此，需要在处理模块100与调节模块300之间加入延时模块200，以便于能够延后放大路信号到达调节模块300的时间。同时，延时模块200也能够减小放大路信号到达调节模块300与调节控制信号到达调节模块300的时间差。

可以理解的是，使用延时模块200可以通过调节放大路信号与调节控制信号到达调节模块300的时间差来抵消时间差，成本低且能够取得良好的非线性校正效果。

本实施例中，放大路信号到达调节模块300与调节控制信号到达调节模块300的时间差可以为0。当放大路信号到达调节模块300与调节控制信号到达调节模块300的时间差为0时，放大路信号与调节控制信号同时到达调节模块300。在实际执行中，放大路信号到达调节模块300与调节控制信号到达调节模块300的时间差可以为纳秒数量级或微妙数量级，即放大路信号和调节控制信号可以视为近似同时到达调节模块300。

可选的，延时模块200是对放大路信号具有延时特性的装置，可以为LC滤波器、声表滤波器和延迟线中的一种或多种的组合。

(5)开关模块500：

开关模块500包括耦合电感电路以及晶体管控制电路。开关模块接收放大路信号，并选择一个输出端口与输入端口导通，并将放大路信号输入功率放大器模块组600对应的功率放大模块。

可以理解的是，开关模块500利用耦合电感电路实现端口隔离，利用晶体管控制电路调节导通端口的负载。

(6)功率放大模块组600：

功率放大模块组600对放大路信号的幅度放大或者相位调整，最终生成放大后的射频信号。

具体的，功率放大模块组600包括多个功率放大模块，与开关模块500的端口一一对应。可以理解的是，根据开关模块500选择的导通端口，实现与不同的功率放大模块导通。

(7)输出模块组700：

输出模块组700用于输出放大后的射频信号输出。

具体的，输出模块组700包括多个输出模块，与多个功率放大模块一一对应。

本发明实施例的毫米波功率放大器电路，利用开关模块中的耦合电感电路实现各端口之间的高隔离度，利用晶体管控制电路实现输出端口切换以连通对应的放大模块，并且同时调整开关输出端的负载，能够进一步实现较低的插入损耗，因此可以实现一种适用范围广且高隔离度、低插入损耗的毫米波功率放大器电路。

参见图2，图2是本发明实施例提供的一种毫米波功率放大器电路的具体结构示意图。以下主要对本实施例提供的毫米波功率放大器电路的开关模块进行详细介绍，其余模块不再赘述。需要注意的是，本领域技术人员可以理解，图中用三角形表示功率放大器模块组。

本实施例中，开关模块还包括：输入端口P1、第一输出端口P2、第二输出端口P3、第三输出端口P4以及第四输出端口P5；

耦合电感电路501，耦合电感电路501包括与输入端口P1以及各个输出端口分别连接的电感线圈，耦合电感电路501用于隔离第一输出端口P2、第二输出端口P3、第三输出端口P4以及第四输出端口P5；

晶体管控制电路，晶体管控制电路包括分别与第一输出端口P2、第二输出端口P3、第三输出端口P4、第四输出端口P5连接的第n控制电路，其中n依次对应为一至四；晶体管控制电路基于各个控制电路的电平信号，选择一个输出端口实现与输入端口导通，以及利用与各个输出端口连接的电感线圈、除该输出端口之外的其余输出端口所连接的控制电路，配置该输出端口的负载，以实现该输出端口的负载匹配。

可以理解的是，耦合电感电路501能够利用电感线圈将输入端口P1、第一输出端口P2、第二输出端口P3、第三输出端口P4以及第四输出端口P5隔离起来，提高输入端口P1与各个输出端口之间的隔离度。

晶体管控制电路包括第一控制电路510、第二控制电路520、第三控制电路530以及第四控制电路540，第一控制电路510与第一输出端口P2连接，第二控制电路520与第二输出端口P3连接，第三控制电路530与第三输出端口P4连接，第四控制电路540与第四输出端口P5连接。

其中每个控制电路均配置有对应的电平信号，在不同电平信号下可以实现不同的工作状态。本发明实施例可以通过配置各个控制电路的电平信号，进而控制各个控制电路的工作状态，从而实现输入端口与某个输出端口的导通，实现在不同电路之间进行选通的目的。并且，在选通某个输出端口后，利用与各个输出端口所连接的电感线圈、除该输出端口之外的其余输出端口所连接的控制电路，对应配置该输出端口的负载，以实现该输出端口的负载匹配，本发明实施例针对不同的输出端口，配置的输出端口的负载是不同的，从而可以实现减小每个选通电路的插入损耗的目的。

相应的，有第一功率放大器模块610、第二功率放大器模块620、第三功率放大器模块630以及第四功率放大器模块640分别与第一输出端口P2、第二输出端口P3、第三输出端口P4以及第四输出端口P5连接。并且，第一输出模块710与第一功率放大器模块610连接，第二输出模块720与第二功率放大器模块620连接，第三输出模块730与第三功率放大器模块630连接，第四输出模块740与第四功率放大器模块640连接。

以下对本发明实施例提供的毫米波功率放大器电路的结构的可选实施方式进行说明，具体请参见图3，图3是本发明实施例提供的开关模块的具体结构示意图。

可选的，耦合电感电路501的电感线圈，包括：

第一电感线圈L1、第二电感线圈L2以及第三电感线圈L3，第一电感线圈L1与输入端口P1连接，第二电感线圈L2连接在第一输出端口P2与第二输出端口P3之间，第三电感线圈L3连接在第三输出端口P4与第四输出端口P5之间。

可选的，本发明实施例提供的毫米波功率放大器电路的开关模块，还包括：控制端口组，控制端口组包括第一控制端口V1，第二控制端口V2，第三控制端口V3以及第四控制端口V4，第一控制端口V1与第一控制电路510连接，第二控制端口V2与第二控制电路520连接，第三控制端口V3与第三控制电路530连接，第四控制端口V4与第四控制电路540连接，控制端口组用于为晶体管控制电路提供电平信号。

可选的，第n控制电路包括：第n晶体管Mn、第n栅极偏置电阻Rn以及第n晶体管Mn的源极间的第n外接电阻Rsubn，第n栅极偏置电阻Rn连接在第n晶体管Mn的栅极与第n控制端口Vn之间，第n晶体管Mn的漏极与第n输出端口并联，第n晶体管Mn的源极接地，第n外接电阻Rsub n的一端与第n晶体管Mn的衬底连接，第n外接电阻Rsub n的另一端接地。

具体的，当n依次对应为一至四时，第n控制电路对应为第一控制电路510、第二控制电路520、第三控制电路530以及第四控制电路540。第一控制端口V1、第二控制端口V2，第三控制端口V3以及第四控制端口V4分别为第一控制电路510、第二控制电路520、第三控制电路530以及第四控制电路540提供电平信号。

那么，对应于前述的第n控制电路的具体结构如下：

第一控制电路510包括第一晶体管M1、第一栅极偏置电阻R1以及第一晶体管M1的源极间的第一外接电阻Rsub1，第一栅极偏置电阻R1连接在第一晶体管M1的栅极与第一控制端口V1之间，第一晶体管M1的漏极与第一输出端口P2并联，第一晶体管M1的源极接地，第一外接电阻Rsub1的一端与第一晶体管M1的衬底连接，第一外接电阻Rsub1的另一端接地。

第二控制电路520包括第二晶体管M2、第二栅极偏置电阻R2以及第二晶体管M2的源极间的第二外接电阻Rsub2，第二栅极偏置电阻R2连接在第二晶体管M2的栅极与第二控制端口V2之间，第二晶体管M2的漏极与第二输出端口P3并联，第二晶体管M2的源极接地，第二外接电阻Rsub2的一端与第二晶体管M2的衬底连接，第二外接电阻Rsub2的另一端接地。

第三控制电路530包括第三晶体管M3、第三栅极偏置电阻R3以及第三晶体管M3的源极间的第三外接电阻Rsub3，第三栅极偏置电阻R3连接在第三晶体管M3的栅极与第三控制端口V3之间，第三晶体管M3的漏极与第三输出端口P4并连，第三晶体管M3的源极接地，第三外接电阻Rsub3的一端与第三晶体管M3的衬底连接，第三外接电阻Rsub3的另一端接地。

第四控制电路540包括第四晶体管M4、第四栅极偏置电阻R4以及第四晶体管M4的源极间的第四外接电阻Rsub4，第四栅极偏置电阻R4连接在第四晶体管M4的栅极与第四控制端口V4之间，第四晶体管M4的漏极与第四输出端口P5并连，第四晶体管M4的源极接地，第四外接电阻Rsub4的一端与第四晶体管M4的衬底连接，第四外接电阻Rsub4的另一端接地。

需要注意的是，第一栅极偏置电阻R1、第二栅极偏置电阻R2、第三栅极偏置电阻R3以及第四栅极偏置电阻R4用于提高开关射频信号与电平信号的隔离度。

第一外接电阻Rsub1、第二外接电阻Rsub2、第三外接电阻Rsub3以及第四外接电阻Rsub4用于减小与其连接的晶体管的衬底的电阻，能够减小插入损耗。

进一步的，本发明实施例提供的开关模块还包括：旁路电容C1，旁路电容C1一端与第一电感线圈L1相连，旁路电容C1的另一端接地。

本领域技术人员可以理解的是，旁路电容可将混有高频电流和低频电流的交流信号中的高频成分旁路滤掉，能够把输入端口P1的信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除。

以下对毫米波功率放大器电路的几种工作状态进行介绍，以便于理解本发明的毫米波功率放大器电路的工作原理。

图4～图7是本发明实施例提供的开关模块在不同电平信号下的等效电路图。图中未示出毫米波功率放大器电路其他模块与开关模块的连接关系，连接关系与上述相同，不再重复赘述。

参考图4，图4是为第一控制电路提供第一电平信号下的等效电路图。

本实施例中，第一控制端口V1提供第一电平信号，第二控制端口V2、第三控制端口V3以及第四控制端口V4提供第二电平信号，第一晶体管M1开关断开，第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4开关导通，输入端口P1与第一输出端口P2导通。

电平信号是电平值表示的信号，包括高电平“1”以及低电平“0”。

可选的实施方式为：第一电平信号为低电平，比如为0；第二电平信号为高电平，比如为1。结合图4理解，由于为第一控制端口V1提供低电平，所以第一控制电路510的电平信号也为低电平，由于为第二控制端口V2、第三控制端口V3以及第四控制端口V4提供高电平，所以第二控制电路520、第三控制点路530以及第四控制电路540的电平信号也为高电平。本领域技术人员可以理解的是，根据晶体管的工作原理，第一晶体管M1开关断开，此时第一晶体管M1等效为晶体管关断电容Coff1，第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4开关导通，此时第二晶体管M2等效为晶体管导通电阻Ron2，第三晶体管M3等效为晶体管导通电阻Ron3，第四晶体管M4等效为晶体管导通电阻Ron4，同时，也包括第二晶体管M2的寄生电容、第三晶体管M3的寄生电容以及第四晶体管M4的寄生电容。本领域技术人员可以理解的是，这时，晶体管关断电容Coff1等效为第一输出端口P2的旁路电容，实现电平信号从输入端口P1传输到第一输出端口P2；晶体管导通电阻Ron2等效为第二输出端口P3的负载，晶体管导通电阻Ron2把第二输出端口P3短路到地，因此输入端口P1与第二输出端口P3断开；晶体管导通电阻Ron3等效为第三输出端口P4的负载，晶体管导通电阻Ron3把第三输出端口P4短路到地，因此输入端口P1与第三输出端口P4断开；晶体管导通电阻Ron4等效为第四输出端口P5的负载，晶体管导通电阻Ron4把第四输出端口P5短路到地，因此输入端口P1与第四输出端口P5断开。并且，第二电感线圈L2、第三电感线圈L3、第二晶体管M2的寄生电容、第三晶体管M3的寄生电容以及第四晶体管M4的寄生电容作为第一输出端口P2的负载。

参考图5，图5是为第二控制电路提供第一电平信号下的等效电路图。

本实施例中，第二控制端口V2提供第一电平信号，第一控制端口V1、第三控制端口V3以及第四控制端口V4提供第二电平信号，第二晶体管M2开关断开，第一晶体管M1、第三晶体管M3以及第四晶体管M4开关导通，输入端口P1与第二输出端口P3导通。

可选的实施方式为：第一电平信号为低电平，比如为0；第二电平信号为高电平，比如为1。结合图5理解，由于为第二控制端口V2提供低电平，所以第二控制电路520的电平信号也为低电平，由于为第一控制端口V1、第三控制端口V3以及第四控制端口V4提供高电平，所以第一控制电路510、第三控制点路530以及第四控制电路540的电平信号也为高电平。本领域技术人员可以理解的是，根据晶体管的工作原理，第二晶体管M2开关断开，此时第二晶体管M2等效为晶体管关断电容Coff2，第一晶体管M1、第三晶体管M3以及第四晶体管M4开关导通，此时第一晶体管M1等效为晶体管导通电阻Ron1，第三晶体管M3等效为晶体管导通电阻Ron3，第四晶体管M4等效为晶体管导通电阻Ron4，同时，也包括第一晶体管M1的寄生电容、第三晶体管M3的寄生电容以及第四晶体管M4的寄生电容。这时，晶体管关断电容Coff2等效为第二输出端口P3的旁路电容，实现电平信号从输入端口P1传输到第二输出端口P3；晶体管导通电阻Ron1等效为第一输出端口P2的负载，晶体管导通电阻Ron1把第一输出端口P2短路到地，因此输入端口P1与第一输出端口P2断开；晶体管导通电阻Ron3等效为第三输出端口P4的负载，晶体管导通电阻Ron3把第三输出端口P4短路到地，因此输入端口P1与第三输出端口P4断开；晶体管导通电阻Ron4等效为第四输出端口P5的负载，晶体管导通电阻Ron4把第四输出端口P5短路到地，因此输入端口P1与第四输出端口P5断开。并且，第二电感线圈L2、第三电感线圈L3、第一晶体管M1的寄生电容、第三晶体管M3的寄生电容以及第四晶体管M4的寄生电容作为第二输出端口P3的负载。

参考图6，图6是为第三控制电路提供第一电平信号下的等效电路图。

本实施例中，第三控制端口V3提供第一电平信号，第一控制端口V1、第二控制端口V2以及第四控制端口V4提供第二电平信号，第三晶体管M3开关断开，第一晶体管M1、第二晶体管M2以及第四晶体管M4开关导通，输入端口P1与第三输出端口P4导通。

可选的实施方式为：第一电平信号为低电平，比如为0；第二电平信号为高电平，比如为1。结合图6理解，由于为第三控制端口V3提供低电平，所以第三控制点路530的电平信号也为低电平，由于为第一控制端口V1、第二控制端口V2以及第四控制端口V4提供高电平，所以第一控制电路510、第二控制电路520以及第四控制电路540的电平信号也为高电平。本领域技术人员可以理解的是，根据晶体管的工作原理，第三晶体管M3开关断开，此时第三晶体管M3等效为晶体管关断电容Coff3，第一晶体管M1、第二晶体管M2以及第四晶体管M4开关导通，此时第一晶体管M1等效为晶体管导通电阻Ron1，第二晶体管M2等效为晶体管导通电阻Ron2，第四晶体管M4等效为晶体管导通电阻Ron4，同时，也包括第一晶体管M1的寄生电容、第二晶体管M2的寄生电容以及第四晶体管M4的寄生电容。这时，晶体管关断电容Coff3等效为第三输出端口P4的旁路电容，实现电平信号从输入端口P1传输到第三输出端口P4；晶体管导通电阻Ron1等效为第一输出端口P2的负载，晶体管导通电阻Ron1把第一输出端口P2短路到地，因此输入端口P1与第一输出端口P2断开；晶体管导通电阻Ron2等效为第二输出端口P3的负载，晶体管导通电阻Ron2把第二输出端口P3短路到地，因此输入端口P1与第二输出端口P3断开；晶体管导通电阻Ron4等效为第四输出端口P5的负载，晶体管导通电阻Ron4把第四输出端口P5短路到地，因此输入端口P1与第四输出端口P5断开。并且，第二电感线圈L2、第三电感线圈L3、第一晶体管M1的寄生电容、第二晶体管M2的寄生电容以及第四晶体管M4的寄生电容作为第三输出端口P4的负载。

参考图7，图7是为第四控制电路提供第一电平信号下的等效电路图。

本实施例中，第四控制端口V4提供第一电平信号，第一控制端口V1、第二控制端口V2以及第三控制端口V3提供第二电平信号，第一晶体管M1、第二晶体管M2以及第三晶体管M3开关导通，第四晶体管M4开关断开，输入端口P1与第四输出端口P5导通。

可选的实施方式为：第一电平信号为低电平，比如为0；第二电平信号为高电平，比如为1。结合图7理解，由于为第四控制端口V4提供低电平，所以第四控制电路540的电平信号也为低电平，由于为第一控制端口V1、第二控制端口V2以及第三控制端口V3提供高电平，所以第一控制电路510、第二控制电路520以及第三控制点路530的电平信号也为高电平。本领域技术人员可以理解的是，根据晶体管的工作原理，第四晶体管M4开关断开，此时第四晶体管M4等效为晶体管关断电容Coff4，第一晶体管M1、第二晶体管M2以及第三晶体管M开关导通，此时第一晶体管M1等效为晶体管导通电阻Ron1，第二晶体管M2等效为晶体管导通电阻Ron2，第三晶体管M3等效为晶体管导通电阻Ron3，同时，也包括第一晶体管M1的寄生电容、第二晶体管M2的寄生电容以及第三晶体管M3的寄生电容。这时，晶体管关断电容Coff4等效为第四输出端口P5的旁路电容，实现电平信号从输入端口P1传输到第四输出端口P5；晶体管导通电阻Ron1等效为第一输出端口P2的负载，晶体管导通电阻Ron1把第一输出端口P2短路到地，因此输入端口P1与第一输出端口P2断开；晶体管导通电阻Ron2等效为第二输出端口P3的负载，晶体管导通电阻Ron2把第二输出端口P3短路到地，因此输入端口P1与第二输出端口P3断开；晶体管导通电阻Ron3等效为第三输出端口P4的负载，晶体管导通电阻Ron3把第三输出端口P4短路到地，因此输入端口P1与第三输出端口P4断开。并且，第二电感线圈L2、第三电感线圈L3、第一晶体管M1的寄生电容、第二晶体管M2的寄生电容以及第三晶体管M3的寄生电容作为第四输出端口P5的负载。

本实施例中，利用晶体管在不同电平下导通或者关断的原理，通过控制控制端口组的电平信号，为其中一控制电路的晶体管提供的电平信号与其余控制电路的晶体管提供的电平信号相反，因此能够实现输出端口的切换以连接不同的功率放模块以及输出模块。同时，通过对输出端口的负载进行切换，实现在输入端口与不同输出端口导通时，均具有较低的插入损耗。

并且，相比于图1及图2所示的毫米波功率放大器电路，本发明实施例提供的毫米波功率放大器电路，通过晶体管控制电路的栅极偏置电阻能够提高开关射频信号与电平信号的隔离度，通过外接电阻能够减小晶体管的衬底的电阻，达到减小插入损耗的目的，进一步保证了开关模块在不同工作状态下都具有较小的插入损耗以及较高隔离度的性能，能够满足毫米波功率放大器电路广泛的适用范围。

为了证实本发明实施例提供的毫米波功率放大器电路的工作效果，以下结合开关模块的具体参数和仿真结果进行说明。

一种可选的实施方式中，第一晶体管M1由6组场效应晶体管组成，且每组场效应晶体管包括有64个沟道，且沟道宽度为1μm，沟道长度为40nm；第二晶体管M2由6组场效应晶体管组成，且每组场效应晶体管包括有64个沟道，且沟道宽度为1μm，沟道长度为40nm；第三晶体管M3由6组场效应晶体管组成，且每组场效应晶体管包括有64个沟道，且沟道宽度为1μm，沟道长度为40nm；第四晶体管M4由6组场效应晶体管组成，且每组场效应晶体管包括有64个沟道，且沟道宽度为1μm，沟道长度为40nm。

第一栅极偏置电阻R1、第二栅极偏置电阻R2、第三栅极偏置电阻R3以及第四栅极偏置电阻R4的阻值均为3KΩ。

第一外接电阻Rsub1、第二外接电阻Rsub2、第三外接电阻Rsub3以及第四外接电阻Rsub4的阻值均为6KΩ，旁路电容C1的电容为40fF。

本实施例中，针对上述结构参数的开关模块，可以实现：应用频段包括40GHz～55GHz。在应用频段内，输入端口P1与各个输出端口的插入损耗的不匹配度小于0.24dB，输入端口P1与各个输出端口的插入损耗小于2.2dB，输入端口P1与各个输出端口的隔离度大于23.2dB。

需要注意的是，本发明实施例提供的开关模块内的结构参数不局限于此，本领域技术人员能够想到根据使用条件不同使用不同参数的结构达到同样的效果。

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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种毫米波功率放大器电路，其特征在于，包括：

处理模块，用于接收射频信号，将所述射频信号处理成两路信号，其中一路信号为放大路信号，用于信号放大，另一路信号为检测路信号，用于信号检测；

控制模块，连接所述处理模块以及所述调节模块，用于将所述检测路信号中的至少一个特征量生成调节控制信号，所述调节控制信号用于调节所述放大路信号到达所述调节模块的时间；

调节模块，基于所述调节控制信号对所述放大路信号中的至少一个特征量进行调整；

延时模块，用于改变所述射频信号的传输延时，延后放大路信号的输出时间；

开关模块，用于接收所述放大路信号，选择一个输出端口与输入端口导通并输出所述放大路信号给对应的功率放大模块，包括耦合电感电路以及晶体管控制电路，利用所述耦合电感电路实现端口隔离，利用所述晶体管控制电路调节导通端口的负载；

功率放大模块组，用于对所述放大路信号进行功率放大，包括多个功率放大模块；

输出模块组，用于输出放大后的信号，包括多个输出模块。

2.根据权利要求1所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述开关模块还包括：

输入端口(P1)、第一输出端口(P2)、第二输出端口(P3)、第三输出端口(P4)以及第四输出端口(P5)；

耦合电感电路，所述耦合电感电路包括与所述输入端口(P1)以及各个输出端口分别连接的电感线圈，所述耦合电感电路用于隔离所述第一输出端口(P2)、所述第二输出端口(P3)、所述第三输出端口(P4)以及所述第四输出端口(P5)；

晶体管控制电路，所述晶体管控制电路包括分别与所述第一输出端口(P2)、所述第二输出端口(P3)、所述第三输出端口(P4)、所述第四输出端口(P5)连接的第n控制电路，其中n依次对应为一至四；所述晶体管控制电路基于各个控制电路的电平信号，选择一个输出端口实现与所述输入端口导通，以及利用与各个输出端口连接的所述电感线圈、除该输出端口之外的其余输出端口所连接的控制电路，配置该输出端口的负载，以实现该输出端口的负载匹配。

3.根据权利要求2所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述耦合电感电路的所述电感线圈，包括：

第一电感线圈(L1)、第二电感线圈(L2)以及第三电感线圈(L3)，所述第一电感线圈(L1)与所述输入端口(P1)连接，所述第二电感线圈(L2)连接在所述第一输出端口(P2)与所述第二输出端口(P3)之间，所述第三电感线圈(L3)连接在所述第三输出端口(P4)与所述第四输出端口(P5)之间。

4.根据权利要求3所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述开关模块还包括：

控制端口组，所述控制端口组包括第一控制端口(V1)，第二控制端口(V2)，第三控制端口(V3)以及第四控制端口(V4)，所述第一控制端口(V1)与所述第一控制电路连接，所述第二控制端口(V2)与所述第二控制电路连接，所述第三控制端口(V3)与所述第三控制电路连接，所述第四控制端口(V4)与所述第四控制电路连接，所述控制端口组用于为所述晶体管控制电路提供电平信号。

5.根据权利要求4所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述第n控制电路包括：第n晶体管(Mn)、第n栅极偏置电阻(Rn)以及所述第n晶体管(Mn)的源极间的第n外接电阻(Rsubn)，所述第n栅极偏置电阻(Rn)连接在所述第n晶体管(Mn)的栅极与所述第n控制端口(Vn)之间，所述第n晶体管(Mn)的漏极与所述第n输出端口并联，所述第n晶体管(Mn)的源极接地，所述第n外接电阻(Rsub n)的一端与所述第n晶体管(Mn)的衬底连接，所述第n外接电阻(Rsub n)的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述第一控制端口(V1)提供第一电平信号，所述第二控制端口(V2)、所述第三控制端口(V3)以及所述第四控制端口(V4)提供第二电平信号，所述第一晶体管(M1)开关断开，所述第二晶体管(M2)、所述第三晶体管(M3)以及所述第四晶体管(M4)开关导通，所述输入端口(P1)与所述第一输出端口(P2)导通。

7.根据权利要求5所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述第二控制端口(V2)提供第一电平信号，所述第一控制端口(V1)、所述第三控制端口(V3)以及所述第四控制端口(V4)提供第二电平信号，所述第二晶体管(M2)开关断开，所述第一晶体管(M1)、所述第三晶体管(M3)以及所述第四晶体管(M4)开关导通，所述输入端口(P1)与所述第二输出端口(P3)导通。

8.根据权利要求5所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述第三控制端口(V3)提供第一电平信号，所述第一控制端口(V1)、所述第二控制端口(V2)以及所述第四控制端口(V4)提供第二电平信号，所述第三晶体管(M3)开关断开，所述第一晶体管(M1)、所述第二晶体管(M2)以及所述第四晶体管(M4)开关导通，所述输入端口(P1)与所述第三输出端口(P4)导通。

9.根据权利要求5所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述第四控制端口(V4)提供第一电平信号，所述第一控制端口(V1)、所述第二控制端口(V2)以及所述第三控制端口(V3)提供第二电平信号，所述第一晶体管(M1)、所述第二晶体管(M2)以及所述第三晶体管(M3)开关导通，所述第四晶体管(M4)开关断开，所述输入端口(P1)与所述第四输出端口(P5)导通。

10.根据权利要求1所述的毫米波功率放大器电路，其特征在于，所述开关模块还包括：旁路电容(C1)，所述旁路电容(C1)一端与所述第一电感线圈(L1)相连，所述旁路电容(C1)的另一端接地。

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