[發(fā)明專利]一種高階寬帶輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010872027.5
• 申請日: 2020-08-26
• 公開（公告）號: CN111884615B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張有明;唐旭升;黃風(fēng)義;張凌晗;王夢珂;魏震楠;姜楠
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);上海表象信息科技有限公司;南京展芯通訊科技有限公司
• 主分類號: H03H7/38
• 分類號: H03H7/38
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發(fā)明公開了一種高階寬帶輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用，所述高階寬帶輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)包含四階或六階阻抗變換網(wǎng)絡(luò)和串聯(lián)電容。其中，四階或六階阻抗變換網(wǎng)絡(luò)由電感、電容、電阻以及電感之間的耦合效應(yīng)實現(xiàn)。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)匹配網(wǎng)絡(luò)僅適合用于對帶寬要求不高的電路相比,本高階寬帶輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)能夠在毫米波頻段實現(xiàn)寬帶阻抗匹配并且具有較低的插入損耗，可應(yīng)用于低噪聲放大器、功率放大器等電路中的阻抗匹配設(shè)計，有很好的工程和實際應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用，屬于電路與系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是微電子與固態(tài)電子學(xué)的微波/射頻/毫米波集成電路技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線移動通信技術(shù)從上世紀(jì)80年代的1G時代開始，經(jīng)過短短三十多年的發(fā)展，已經(jīng)即將邁入5G時代，無線通信系統(tǒng)在給人們的日常生活帶來了巨大舒適與便利的同時，也對無線移動通信系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。為滿足無線移動通信中各運(yùn)營商不同的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，并滿足無線移動通信中信號的傳輸速率、信息量與信號質(zhì)量不斷提高的要求，系統(tǒng)中的射頻功率放大器的帶寬性能要隨之提升。

在寬帶功率放大器的設(shè)計中，最重要的是設(shè)計合適的匹配網(wǎng)絡(luò)，以在所需的帶寬內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)的最佳阻抗匹配。匹配網(wǎng)絡(luò)在射頻微波電路中有廣泛的應(yīng)用，如：低噪聲放大器、功率放大器、混頻器、耦合器等，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)不僅是他們的基本組成部分，而且它的設(shè)計好壞從某種意義上來說決定著整個電路設(shè)計的成敗。為了實現(xiàn)上述匹配，目前常用的方法是使用開路或短路枝節(jié)線來構(gòu)建低通或帶通匹配網(wǎng)絡(luò)，但卻很難實現(xiàn)完美阻抗與所需頻帶中的每個頻率點的匹配，進(jìn)而使得在所需帶寬內(nèi)小信號增益變化幅度較大，線性度較差。因此，研究匹配網(wǎng)絡(luò)對電子系統(tǒng)的設(shè)計特別是射頻微波電路的設(shè)計具有重要的意義。

本專利的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法能夠得到很好的匹配性能，滿足預(yù)期指標(biāo)，拓展了射頻寬帶功率放大器匹配問題的新思路。

文獻(xiàn)“R.Ludwig,P.bretchko,RF?Circuit?Design:Theory?and?Applications[M].王子宇，張肇儀，徐承和等譯，電子工業(yè)出版社，2002：270-287.”中介紹了利用史密斯圓圖來進(jìn)行阻抗匹配的設(shè)計方法，該方法只能用于簡單的窄帶匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，并沒有提及可工作在寬頻帶范圍內(nèi)的匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

文獻(xiàn)“C.Füzy?and?A.Zólomy,Design?of?broadband?complex?impedance-matching?networks?and?their?applications?for?broadbanding?microwaveamplifiers,18-th?INTERNATIONAL?CONFERENCE?ON?MICROWAVES,RADAR?AND?WIRELESSCOMMUNICATIONS,Vilnius,2010,pp.1-4.”中提出了一種利用分布式電路元件實現(xiàn)復(fù)雜阻抗寬帶匹配的方法。該方法是集總單元匹配網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典解析網(wǎng)絡(luò)理論方法和數(shù)值優(yōu)化技術(shù)的結(jié)合。但是該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)驗證的頻率范圍僅為1.5GHz到2.5GHz之間。

綜合上述，傳統(tǒng)的射頻/毫米波放大器寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)的方法面臨工作帶寬窄，插入損耗較大等問題。需要解決的問題是如何設(shè)計信號源與負(fù)載之間的連接網(wǎng)絡(luò)使信號源傳給負(fù)載的功率在給定的頻帶內(nèi)保持相對穩(wěn)定,且盡可能達(dá)到最大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種改善帶寬放大器性能的匹配電路，實現(xiàn)寬帶阻抗匹配并且具有較低的插入損耗。解決的問題是如何設(shè)計信號源與負(fù)載之間的連接網(wǎng)絡(luò)使信號源傳給負(fù)載的功率在給定的頻帶內(nèi)保持相對穩(wěn)定,且盡可能達(dá)到最大。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)匹配網(wǎng)絡(luò)工作帶寬窄、插入損耗較大的問題，提出了一種可行的、有效的寬帶功率放大器匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：