[發明專利]基于毫米波變壓器的寬帶匹配電路及毫米波功率放大電路

在審

• 申請號: 202010577734.1
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111884606A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 周培根;向渝
• 申請（專利權）人: 南京邁矽科微電子科技有限公司
• 主分類號: H03F3/21
• 分類號: H03F3/21;H03F1/56;H03F1/42
• 代理公司: 南京睿之博知識產權代理有限公司 32296
• 代理人: 劉菊蘭

本發明公開了一種基于毫米波變壓器的寬帶匹配電路及毫米波功率放大電路，應用于毫米波技術領域，寬帶匹配電路包括第一電容、毫米波變壓器和第二電容；毫米波變壓器包括初級線圈和次級線圈，第一電容與初級線圈的第一節點和地連接，第二電容與次級線圈的第三節點和第四節點連接；初級線圈包括初級線圈電感，次級線圈包括次級線圈電感；初級線圈電感和第一電容構成第一LC諧振網絡；次級線圈電感和第二電容構成第二LC諧振網絡。本發明通過在匹配網絡中設置兩個LC諧振電路，大幅度提高毫米波電路的工作頻率寬度，將其應用于毫米波功率放大電路，可以大幅提高放大器的工作帶寬，降低生產成本。

技術領域

本發明涉及毫米波技術領域，尤其涉及一種基于毫米波變壓器的寬帶匹配電路及毫米波功率放大電路。

背景技術

近年來，采用硅基半導體工藝實現5G毫米波頻段上寬帶超高速通信系統已經成為學術界和工業界的研究熱點。例如，近幾年提出的得3GPP 5G新射頻標準N257頻帶(26.5-29.5GHz)、N258頻帶(24.25-27.5GHz)、N260頻帶(37-40GHz)和IEEE 802.11aj頻帶(42.3-48.4GHz)。以上這些標準充分利用毫米波頻段豐富的頻譜資源，進而大幅度提升通信系統信道容量和數據傳輸速率。然而，對于一個寬帶5G毫米波通信系統，寬帶且穩定毫米波射頻前端的實現是極富挑戰的，而能夠實現調制信號進行充分放大進而輸送到天線端進行無線輻射又是射頻前端發射機中極其重要的模塊，同時能夠實現對接收到微弱射頻調制信號進行有效放大進而輸送到解調器進行解調又是射頻前端接收機中極其重要的模塊。因此，毫米波放大器(發射鏈路中的功率放大器、接收鏈路中的低噪聲放大器)必須滿足寬帶要求以支持5G毫米波所覆蓋頻段。而影響毫米波放大器工作頻率寬度范圍的主要是匹配網絡。

常見的毫米波匹配網絡主要有兩種結構：微帶線和電容匹配以及變壓器匹配。微帶線和電容匹配的原理利用毫米波微帶線的分布參數原理，結合電容的調諧特性，進而完成電路的阻抗匹配。然而，由于毫米波頻率高，微帶線本身會產生寄生參數，電容連接會引入寄生電感，以上這些因素會惡化毫米波微帶線和電容的品質因數，大幅度惡化微帶電容匹配網絡的頻帶寬度。毫米波變壓器匹配網絡利用變壓器的阻抗變換特性完成阻抗匹配，然而由于毫米波頻率高，隨之引入大量寄生產生，構成變壓器初級線圈和次級線圈電感的品質因數有限，常見的變壓器匹配網絡的頻帶寬度也很有限。此外，采用分布式匹配網絡設計方法可以有效地提升放大器的工作頻率范圍，但是由于分布式網絡面積大，會大幅度增加芯片的面積，進而大大增加放大器的成本。

因此，需要發明一種基于毫米波寬帶匹配網絡，解決傳統毫米波匹配網絡因為電路寄生參數導致匹配網絡頻帶寬度有限的缺點，進而大幅度提升毫米波放大器的頻率工作范圍且不惡化芯片的面積。

發明內容

技術目的：針對現有技術中毫米波寬度匹配網絡應用于放大器中時難以提高工作頻帶范圍且生產成本較大的缺陷，本發明公開了一種基于毫米波變壓器的寬帶匹配電路及毫米波功率放大電路，通過在匹配網絡中設置兩個LC諧振電路，大幅度提高毫米波電路的工作頻率寬度，將其應用于毫米波功率放大電路，可以大幅改善放大器的工作帶寬，降低生產成本。

技術方案：為實現上述技術目的，本發明采用以下技術方案。

一種基于毫米波變壓器的寬帶匹配電路，包括第一電容、毫米波變壓器和第二電容；所述毫米波變壓器包括初級線圈和次級線圈，初級線圈的第一節點連接輸入端口，第二節點接地；次級線圈的第三節點和第四節點連接差分輸出端口，第三節點和第四節點輸出的信號幅度相同，相位相差180度；第一電容與初級線圈的第一節點和地連接，第二電容與次級線圈的第三節點和第四節點連接；

所述初級線圈包括初級線圈電感，次級線圈包括次級線圈電感；初級線圈電感和第一電容構成第一LC諧振網絡；次級線圈電感和第二電容構成第二LC諧振網絡。

優選地，所述第一LC諧振網絡和第二LC諧振網絡的諧振頻率點相同。