CN113114130A - 一种毫米波宽带分布式匹配电路及其功率放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毫米波宽带分布式匹配电路及其功率放大电路，毫米波宽带分布式匹配电路包括分布式传输网络、有损网络、第一偏置网络和第二偏置网络；所述分布式传输网络由多节第一微带线与第一电容串联构成，有损网络连接在分布式传输网络与设定毫米波电路的基准电位地之间，第一偏置网络连接在分布式传输网络输出端子与外接电源的端子之间，第二偏置网络连接在分布式传输网络中首节第一微带线与次节第一微带线连接的和外接电源的端子之间。本发明电路结构简单、易于单片集成，受工艺波动影响小，可以在毫米波较宽的频率范围内实现较好的阻抗匹配，应用于毫米波功率放大电路，可大幅提高放大器的工作带宽，提高生产成品率。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波技术领域，尤其涉及一种毫米波宽带分布式匹配电路及其功率放大电路。
背景技术
在毫米波领域，高速通信、仪器仪表、驱动模块以及高精度雷达等系统对宽频带工作的需求日益增长。宽频带射频电子系统可以具有更高的灵敏度，宽带通信卫星拥有更大的传输速率，宽频带仪器仪表可进一步提高电子系统的性能和灵巧性，有利于形成一体化的兼容平台，提高仪表的测量能力，同时减小系统复杂度、体积、重量等。作为高端系统中的关键部件，宽带放大器必不可少。然而在毫米波频段，实现宽带阻抗匹配具有极大的挑战，尤其是多级级联放大器中的宽带级间匹配电路设计。首先，为了实现宽带阻抗匹配所采用的复杂匹配网络，存在高频下的复杂寄生效应、串扰、耦合等，使得电路的仿真设计精度随工作频率的提高而越来越低，难以充分发挥工艺及器件的潜力；其次，高频下基于传统集总元件的匹配电路，由于匹配元件的值较小，对应的版图尺寸较小，受工艺波动的影响较大，毫米波电路生产成品率低。
发明内容
发明目的：针对现有技术中毫米波宽带匹配电路应用于放大器中时寄生效应复杂、难以精确仿真设计且受工艺波动影响大的缺陷，本发明公开了一种毫米波宽带分布式匹配电路及其功率放大电路，具有电路结构简单、仿真设计精度较高、工艺波动敏感度较低等优势，可以在毫米波较宽的频段范围内实现较好的阻抗匹配，应用于毫米波功率放大电路，可大幅提高放大器的工作带宽，提高生产成品率。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种毫米波宽带分布式匹配电路，包括分布式传输网络、有损网络、第一网络和第二偏置网络；所述分布式传输网络由多节第一微带线与第一电容串联构成；有损网络由电阻、第二微带线、第二电容串联构成，该有损网络连接在分布式传输网络与设定毫米波电路的基准电位地之间；第一偏置网络由第三微带线、第三电容构成，该偏置网络连接在分布式传输网络输出端子与外接电源的端子之间；第二偏置网络由第四微带线、第四电容构成，该偏置网络连接在分布式传输网络中首节第一微带线与次节第一微带线连接的和外接电源的端子之间。
优选的，所述分布式传输网络中第一电容串联连接在第一偏置网络与第二偏置网络之间。
优选的，所述有损网络中电阻、第二微带线及第二电容依次串联，第二电容连接到设定毫米波电路的基准电位，电阻与分布式传输网络连接；或者第二微带线、电阻及第二电容依次串联，第二电容连接到设定毫米波电路的基准电位，第二微带线与分布式传输网络连接。优选的，所述有损网络中第二电容采用金属-绝缘层-金属电容，且其中的一个金属极板连接到设定毫米波电路的基准电位地。
优选的，所述第一偏置网络、第二偏置网络中的第三电容、第四电容是扇形电容或金属-绝缘层-金属电容。
优选的，所述微带线的构成材料为金、铜或者其他导体合金。一种功率放大电路，该功率放大电路包括输入匹配电路、n个晶体管、n-1个如权利要求1-6任一项所述毫米波宽带分布式匹配电路以及输出匹配电路，n为大于等于2的正整数，其中，n个晶体管依次串联后，相邻两个晶体管之间再串联一个毫米波宽带分布式匹配电路。优选的，所述晶体管的物理结构类型为结型场效应晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、异质结场效应晶体管、双极结型晶体管、异质结双极晶体管。
优选的，所述毫米波功率放大电路实现形式为单片集成电路或混合集成电路。
有益效果：
1、本发明电路结构简单、易于单片集成，受工艺波动影响小，可以在毫米波较宽的频段范围内实现较好的阻抗匹配，应用于毫米波功率放大电路，可大幅提高放大器的工作带宽，提高生产成品率；
2、本发明中的毫米波宽带分布式匹配电路适用于宽频带毫米波的应用场合，对放大器没有特殊要求，该放大器可以使功率放大器、低噪声放大器或者倍频器等。
附图说明
图1是本发明实施例毫米波宽带分布式匹配电路原理图；
图2为采用图1毫米波宽带分布式匹配电路的两级毫米波功率放大电路；
图3为图1实施例中级间阻抗转换smith圆图；
图4为图1实施例中级间阻抗匹配仿真结果图；
图5为图1实施例中放大器增益曲线的仿真结果图；
图6为图1实施例中增加1节微带线的毫米波宽带分布式匹配电路原理图；
图7为图1实施例中增加2节微带线的毫米波宽带分布式匹配电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本方案的一种毫米波宽带分布式匹配电路及其功率放大电路做进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如附图1所示，一种毫米波宽带分布式匹配电路，包括分布式传输网络、有损网络、第一偏置网络和第二偏置网络；所述分布式传输网络由4节第一微带线1-4与第一电容C9串联构成；有损网络由电阻R8、第二微带线5、第二电容C10串联构成，该支路连接在分布式传输网络与设定毫米波电路的基准电位地之间；第一偏置网络由第三微带线6、第三电容C11构成，该支路连接在分布式传输网络输出端子与外接电源的端子之间；第二偏置网络由第四微带线7、第四电容C12构成，该支路连接在分布式传输网络中首节第一微带线1与次节第一微带线2连接的端子和外接电源的端子之间。
分布式传输网络中第一电容C9串联连接在第一偏置网络与第二偏置网络之间，是在所述匹配电路的工作频率范围内视作为短路的电抗。
有损网络中电阻R8、微带线5及电容C10依次串联，电容C10连接到设定毫米波电路的基准电位，电阻R8与分布式传输网络连接；或者微带线5、电阻R8及电容C10依次串联，电容C10连接到设定毫米波电路的基准电位，微带线5与分布式传输网络连接。
有损网络中电容C10采用金属-绝缘层-金属(MIM)电容，且其中的一个金属极板连接到设定毫米波电路的基准电位地，是在所述匹配电路的工作频率范围内视作为短路的电抗。
第一偏置网络、第二偏置网络中的电容C11、电容C12形式可以是扇形电容或MIM电容，是在所述匹配电路的工作频率范围内视作为短路或者接近短路的电抗。
微带线的构成材料为金、铜或者其他导体合金。
一种毫米波功率放大电路，包括输入匹配电路、n个晶体管、n-1个如权利要求1-6任一项所述毫米波宽带分布式匹配电路以及输出匹配电路，n为大于等于2的正整数，其中，n个晶体管依次串联后，相邻两个晶体管之间再串联一个毫米波宽带分布式匹配电路。
所述晶体管为结型场效应晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、异质结场效应晶体管、双极结型晶体管或异质结双极晶体管。
所述毫米波功率放大电路的实现形式为单片集成电路或混合集成电路。
实施例
如附图2所示，一种功率放大电路，其频率范围为60-140GHz，包括晶体管M1、晶体管M2、输入匹配电路、级间匹配电路和输出匹配电路，其级间匹配网络是图1所示的一种毫米波宽带分布式匹配电路，晶体管M1的栅极与所述级间匹配电路中微带线4与微带线6的共同连接点相连，晶体管M2的漏极与所述级间匹配电路中微带线1相连，由微带线6、电容C11构成的第一偏置网络为晶体管M1栅极提供直流电，由微带线7、电容C12构成的第二偏置网络为晶体管M2漏极提供直流电。
附图3是附图1中毫米波功率放大电路晶体管M1的有源极输入阻抗通过级间宽带匹配网络的阻抗转换至晶体管M2的负载输入阻抗随频率变化曲线。由于功率放大器的输出采用最大输出功率阻抗匹配方法，故输出阻抗由有源晶体管负载牵引得到的阻抗进行匹配，即根据有源晶体管负载牵引方法不断调节输出端阻抗，找到使有源晶体管输出功率最大的输出阻抗。从附图2中的smith圆图可以看出负载输入阻抗与有源晶体管M2的有源极输出阻抗形成了较好的匹配。
附图4给出了附图1中毫米波功率放大电路级间匹配电路的阻抗转换仿真结果。从图中可以看出，该级间匹配电路在工作频率范围75-135GHz内，回波损耗S11≤-8dB。
附图5给出了实施例中毫米波功率放大电路增益曲线的仿真结果。从图中可以看出，应用本发明的毫米波宽带分布式匹配电路的功率放大电路在75-135GHz频率范围内获得较为平坦的增益，对应工作带宽达到60GHz，大幅提高了放大器的工作带宽，且由于匹配电路中主要元件是微带线，工艺可控性更强，受工艺波动影响小，电磁场仿真设计精度更高，因而提高了毫米波放大电路的设计精度和设计效率，也提高了生产成品率。本发明中的毫米波宽带分布式匹配电路适用于宽频带毫米波的应用场合，对放大器没有特殊要求，该放大器可以使功率放大器、低噪声放大器或者倍频器等。
图6为图1实施例中增加1节微带线的毫米波宽带分布式匹配电路及其毫米波功率放大电路结构，图7为图1实施例中中增加2节微带线的毫米波宽带分布式匹配电路及其毫米波功率放大电路结构，这些结构均保持了和实施例1描述相符合的性能。
Claims (9)
1.一种毫米波宽带分布式匹配电路，其特征在于：包括分布式传输网络、有损网络、第一网络和第二偏置网络；所述分布式传输网络由多节第一微带线与第一电容串联构成；有损网络由电阻、第二微带线、第二电容串联构成，该有损网络连接在分布式传输网络与设定毫米波电路的基准电位地之间；第一偏置网络由第三微带线、第三电容构成，该偏置网络连接在分布式传输网络输出端子与外接电源的端子之间；第二偏置网络由第四微带线、第四电容构成，该偏置网络连接在分布式传输网络中首节第一微带线与次节第一微带线连接的和外接电源的端子之间。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带分布式匹配电路，其特征在于：所述分布式传输网络中第一电容串联连接在第一偏置网络与第二偏置网络之间。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带分布式匹配电路，其特征在于：所述有损网络中电阻、第二微带线及第二电容依次串联，第二电容连接到设定毫米波电路的基准电位，电阻与分布式传输网络连接；或者第二微带线、电阻及第二电容依次串联，第二电容连接到设定毫米波电路的基准电位，第二微带线与分布式传输网络连接。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带分布式匹配电路，其特征在于：所述有损网络中第二电容采用金属-绝缘层-金属电容，且其中的一个金属极板连接到设定毫米波电路的基准电位地。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带分布式匹配电路，其特征在于：所述第一偏置网络、第二偏置网络中的第三电容、第四电容是扇形电容或金属-绝缘层-金属电容。
6.根据权利要求1所述的一种毫米波宽带分布式匹配电路，其特征在于：所述微带线的构成材料为金、铜或者其他导体合金。
7.一种功率放大电路，其特征在于：该功率放大电路包括输入匹配电路、n个晶体管、n-1个如权利要求1-6任一项所述毫米波宽带分布式匹配电路以及输出匹配电路，n为大于等于2的正整数，其中，n个晶体管依次串联后，相邻两个晶体管之间再串联一个毫米波宽带分布式匹配电路。
8.根据权利要求7所述的一种功率放大电路，其特征在于：所述晶体管为结型场效应晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、异质结场效应晶体管、双极结型晶体管或异质结双极晶体管。
9.根据权利要求7所述一种功率放大电路，其特征在于，所述功率放大电路的实现形式为单片集成电路或混合集成电路。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114024514A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-08 | 电子科技大学 | 一种带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5227734A (en) * | 1991-08-26 | 1993-07-13 | Raytheon Company | Broadband bipolar transistor distributed amplifier |
| JP2004146919A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Sharp Corp | マイクロ波・ミリ波回路、および、ミリ波帯通信システム |
| US20120038424A1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | Yaohui Guo | Broadband power combining method and high power amplifier using same |
| CN111082759A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 中电国基南方集团有限公司 | 一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路 |
| CN111884606A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-11-03 | 南京迈矽科微电子科技有限公司 | 基于毫米波变压器的宽带匹配电路及毫米波功率放大电路 |
-
2021
- 2021-03-09 CN CN202110256590.4A patent/CN113114130A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5227734A (en) * | 1991-08-26 | 1993-07-13 | Raytheon Company | Broadband bipolar transistor distributed amplifier |
| JP2004146919A (ja) * | 2002-10-22 | 2004-05-20 | Sharp Corp | マイクロ波・ミリ波回路、および、ミリ波帯通信システム |
| US20120038424A1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | Yaohui Guo | Broadband power combining method and high power amplifier using same |
| CN111082759A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-28 | 中电国基南方集团有限公司 | 一种电抗匹配式与分布式相融合的超宽带功率芯片电路 |
| CN111884606A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-11-03 | 南京迈矽科微电子科技有限公司 | 基于毫米波变压器的宽带匹配电路及毫米波功率放大电路 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HONGQI TAO，JIAWEN WANG AND ETC, .: "High-Power Ka/Ku Dual-Wideband GaN Power Amplifier With High Input Isolation and Transformer-Combined Load Design", MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, 28 December 2020 (2020-12-28) * |
| RUNNAN GUO, HONGQITAO, BIN ZHANG: "A 26 GHz Doherty Power Amplifier and A Fully Integrated 2X2 PA in 0.15μm GaN HEMT Process for Heterogeneous Integration and 5G", 2018 IEEE MTT-S INTERNATIONAL WIRELESS SYMPOSIUM PROCEEDINGS, 31 May 2018 (2018-05-31) * |
| 陶洪琪: "微波毫米波GaN功率MMIC技术研究", 中国博士学位论文全文数据库 (信息科技辑), 15 January 2020 (2020-01-15), pages 135 - 88 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114024514A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-08 | 电子科技大学 | 一种带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构 |
| CN114024514B (zh) * | 2021-10-25 | 2023-10-24 | 电子科技大学 | 一种带串联型有损嵌入式网络的过中和化放大器结构 |
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