[發明專利]基于開關控制的多模式多應用場景的太赫茲收發機架構

有效

• 申請號: 201811077923.1
• 申請日: 2018-09-16
• 公開（公告）號: CN109039364B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 馬建國;張蕾;傅海鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04B1/40
• 分類號: H04B1/40;H04B1/44
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種基于開關控制的多模式多應用場景的太赫茲收發機架構，包括功分器和緩沖器，緩沖器兩路輸出端口分別連接發射端功率放大器和接收端功率放大器，發射端功率放大器控制端口連接一號開關，發射端功率放大器輸出端口連接無源結構環形鼠籠式耦合器，無源結構環形鼠籠式耦合器連接天線；接收端功率放大器控制端口連接二號開關，接收端功率放大器輸出端口連接混頻器，混頻器與無源結構環形鼠籠式耦合器連接。本發明利用開關控制來實現三種不同模式(發射、接收和收發)以適用不同應用場景的收發機的架構不僅可以在一次加工的基礎上實現每個鏈路的性能測試和估算，縮短設計周期，同時還能滿足不同的收發應用需求。

技術領域

本發明屬于微波工程領域，更具體的說，是涉及一種基于開關控制的多模式多應用場景的太赫茲收發機架構。

背景技術

隨著高速率產品(通信、成像、汽車雷達等)需求的增長和太赫茲技術的發展，具有低成本的高效高速率的收發機芯片成為未來的一大趨勢。光通信可以實現很高的速率，但是其應用成本很高，無法滿足日益增長的產品需求。為了同時實現低成本和高速率的需求，基于半導體工藝的太赫茲收發機芯片在未來的產品應用上的優勢越來越明顯。

在基于半導體工藝的太赫茲收發機芯片應用上來說，不同的場景對收發機的要求不同。在通信領域，大多需要一收一發，因此目前的通信芯片前端采用單刀雙擲或者是天線開關，在測試過程中，根據收發機的工作需求不同，將收發機的配置改為接收或者發射的狀態。在主動式成像雷達或者手勢識別領域，需要收發機既可以發射又可以接收和處理反射回來的信號，所以這類芯片支持同時進行發射和接收信號。

在基于半導體工藝實現太赫茲收發機的過程中，因為工藝特性和太赫茲頻率的特點，在設計的過程中面臨著很多的問題，比如：趨膚效應、互聯線、寄生參數、傳輸損耗大等。因此在設計基于半導體工藝的太赫茲芯片時，難度非常大，加之收發機的模塊較多，在設計的過程需要進行一步步的驗證，并且在測試的過程中需要對每個鏈路的性能進行正確的評估，若出現問題需要快速對有問題的模塊進行定位。這就要求收發機不僅具有收發的功能，還需要收發機的發射和接收能夠單獨進行工作，從而滿足測試的需求，降低測試的成本，并且可以避免因為無法單獨對發射或者接收進行測試導致的再次加工的情況。

綜上所述，為了降低測試的時間成本和加工成本，就必須提出一種新型的既能滿足應用場景的需求又能滿足測試需求的基于半導體工藝的多模式多應用場景的太赫茲收發機架構。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種適用于多種應用場景的多模工作方式切換的收發機架構，即一種基于開關控制的多模式多應用場景的太赫茲收發機架構，在基于單天線的收發機的基礎上，首次提出利用開關控制來實現三種不同模式(發射、接收和收發)以適用不同應用場景的收發機的架構，利用架構優勢，不僅可以在一次加工的基礎上實現每個鏈路的性能測試和估算，縮短設計周期，同時還能滿足不同的收發應用需求。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的基于開關控制的多模式多應用場景的太赫茲收發機架構，包括相互連接的功分器和緩沖器，所述緩沖器的兩路輸出端口分別連接有發射端功率放大器和接收端功率放大器，所述發射端功率放大器的控制端口連接有一號開關，所述發射端功率放大器的輸出端口連接有無源結構環形鼠籠式耦合器，所述無源結構環形鼠籠式耦合器連接有天線；所述接收端功率放大器的控制端口連接有二號開關，所述接收端功率放大器的輸出端口連接有混頻器，所述混頻器與無源結構環形鼠籠式耦合器連接。

所述無源結構環形鼠籠式耦合器的輸入端口與發射端功率放大器的輸出端口連接，所述無源結構環形鼠籠式耦合器的天線端口與天線連接，所述無源結構環形鼠籠式耦合器的隔離端口經電阻接地，所述無源結構環形鼠籠式耦合器的耦合端口與混頻器的射頻輸入口連接，所述混頻器的本振輸入端口與接收端功率放大器的輸出端口連接。

所述一號開關和二號開關均采用CMOS晶體管。