[發(fā)明專利]一種5G毫米波有源天線設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110758151.3
• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113505555A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林先其;董金生;熊婷婷;陳依軍;胥鑫;楊永穆
• 申請（專利權(quán)）人: 集芯微科技（浙江）有限公司
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F30/392
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄

本申請公開了一種5G毫米波有源天線設(shè)計方法，包括以下步驟：第一：對晶體管進(jìn)行直流特性曲線分析，選擇良好的靜態(tài)工作點(diǎn)；第二：分別設(shè)計柵極和漏極的偏置電路A和偏置電路B；第三：穩(wěn)定性設(shè)計；第四：設(shè)計輸出匹配電路。本發(fā)明將接收天線與低噪放直接相連，省去了二者之間的匹配電路，不僅能減小整個電路的尺寸，降低成本，更重要的是降低了由于匹配電路造成的損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種5G毫米波有源天線設(shè)計方法。

背景技術(shù)

當(dāng)今社會的移動通信技術(shù)發(fā)展之迅速，使得人們的生活、娛樂、科技方面都得到了很大的改善，所以人們也追求更高的通信技術(shù)。從上個世紀(jì)發(fā)展至今移動通信經(jīng)過了第一代模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)，第二代數(shù)字通信系統(tǒng)，第三代以高速互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和有線多媒體業(yè)務(wù)為目的的寬帶通信系統(tǒng)，也就是人們所說的3G，第四代以寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)為特點(diǎn)的多功能集成寬帶移動通信系統(tǒng)。4G網(wǎng)絡(luò)造就了非常輝煌的互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，解決了人與人隨時隨地通信的問題，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，新服務(wù)、新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量爆炸式增長，4G移動通信系統(tǒng)難以滿足未來移動數(shù)據(jù)流量暴漲的需求，急需研發(fā)下一代移動通信(5G)系統(tǒng)。5G作為一種新型移動通信網(wǎng)絡(luò)，不僅要解決人與人通信，為用戶提供增強(qiáng)現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、超高清(3D)視頻等更加身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗，更要解決人與物、物與物通信問題，滿足移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。最終，5G將滲透到經(jīng)濟(jì)社會的各行業(yè)各領(lǐng)域，成為支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵新型基礎(chǔ)設(shè)施。在無線通信系統(tǒng)中，因為射頻接收機(jī)位于整個系統(tǒng)的第一級，因此整個系統(tǒng)的性能優(yōu)劣與否很大程度上取決于接收機(jī)的性能。而有源天線作為接收機(jī)的第一級，影響著整個接收機(jī)的性能優(yōu)劣。所以設(shè)計一個性能優(yōu)良的有源天線具有重要意義。

1、現(xiàn)有技術(shù)方案

如圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)是：裸管芯通過匹配電路將輸入匹配到50ohm，同時天線的端口阻抗也調(diào)整到50ohm，最后將兩者通過微帶線直接連接構(gòu)成有源天線電路。

2、砷化鎵(GaAs)工藝

半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，使得現(xiàn)代的電子設(shè)備在較小體積的基礎(chǔ)上擁有最好的性能的需求不斷得到滿足。同時5G頻段對射頻前端器件的材料和工藝都提出了新的要求：1)禁帶寬度更大，以運(yùn)行更高的頻帶；2)臨界擊穿電場更高，以滿足更高功率的應(yīng)用；3)熱導(dǎo)率更高，更易將器件中的功耗傳導(dǎo)到周圍環(huán)境，實現(xiàn)散熱；4)飽和電子速率和電子遷移率更高，寄生電阻小，電子渡越時間更短，以適應(yīng)更高頻的工作環(huán)境。砷化鎵(GaAs)是當(dāng)前最重要、技術(shù)成熟度最高的化合物半導(dǎo)體材料之一，具備禁帶寬度大、電子遷移率高的特性，且為直接帶隙，發(fā)光效率高，是目前5G頻段射頻器件應(yīng)用最理想的材料之一。

3、片上天線(AoP)

最初的小型無線設(shè)備采用的是外置天線，隨著頻率的上升，傳統(tǒng)金屬互連線的寄生電阻、寄生電容及寄生電感問題日趨嚴(yán)重，同時隨著芯片引腳不斷增多，走線越來越密集，互連線間的相互干擾給傳輸信號帶來很大噪音。片上天線(AoP)能將天線與射頻前端集成到一個芯片上，同時，砷化鎵(GaAs)的相對介電常數(shù)約為12.9，將天線設(shè)計在芯片內(nèi)，可以大大減小天線的尺寸。片上天線對于當(dāng)今高度集成的無線系統(tǒng)具有中要意義。

4、低噪聲放大器

低噪放(low-noise amplifier)是一類特殊的電子放大器，主要用于通訊系統(tǒng)中將接收自天線的信號放大，以便于后級的電子設(shè)備處理。由于來自天線的信號一般都非常微弱，低噪音放大器一般情況下均位于非常靠近天線的部位，以減小信號通過傳輸線的損耗。LNA作為整個接收機(jī)系統(tǒng)的第一級，在傳輸過程中產(chǎn)生的噪聲對整體噪聲系數(shù)影響較大，需要盡量不引入本地噪聲，其噪聲性能將直接影響整個系統(tǒng)在后級電路中對噪聲的抑制能力。低噪聲放大器在通訊、導(dǎo)航、電子對抗、雷達(dá)等多個高精度領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，主要是為了實現(xiàn)信號在電路系統(tǒng)中的低噪聲、高增益?zhèn)鬏敗?/p>

發(fā)明內(nèi)容