[发明专利]兼具高隔离度和稳定输入匹配的毫米波开关键控调制器

说明书

本发明公开了一种兼具高隔离度和稳定输入匹配的毫米波开关键控调制器，其包括共源级电路、变压器、改进型层叠共栅级开关电路，改进型层叠共栅级开关电路在传统型层叠共栅级开关电路的基础上加入了串联电感、下层开关晶体管、上层开关晶体管，通过优化串联电感的感值、下层开关晶体管和上层开关晶体管的栅宽，不仅能在不影响电路增益的情况下提升电路的开/关隔离度，还能显著减小电路在开/关状态下的输入阻抗变化；此外，共源级电路和改进型层叠共栅级开关电路之间通过变压器进行耦合，实现小尺寸、低电压和高增益，也进一步减小改进型层叠共栅级开关电路在开/关状态下的输入阻抗变化对调制器的输入匹配的影响，实现更加稳定的输入匹配。

技术领域

本发明属于微波毫米波技术领域，涉及一种毫米波开关键控调制器，尤其涉及一种兼具高隔离度和稳定输入匹配的毫米波开关键控调制器。

背景技术

近年来，随着第五代移动通信(5G)和物联网(IoT)技术的发展，高速率、低成本、低功耗的毫米波开关键控(OOK)无线通信系统获得了人们的广泛关注。其中，OOK调制器是OOK收发系统中的关键器件，其主要性能指标包括调制速率、增益、开/关隔离度和输入匹配稳定性等。

最简单的OOK调制器是利用OOK信号直接控制振荡器的导通和关断，它们虽然可以获得很高的开/关隔离度，但调制速率受振荡器的起振和关断时间所限制。另一种OOK调制器是基于单刀单掷开关，它们可以获得高的调制速率，但通常面临着增益过低(存在插入损耗)和开/关隔离度不够等问题，尤其在毫米波频段，这些问题更加明显。尽管可以采用双平衡结构来提高开关的隔离度，但这进一步增加了开关的插入损耗，而且也增加了开关的面积。还有一种OOK调制器是利用OOK信号控制放大器的导通和关断，这样可以解决开关增益低的问题，但开/关隔离度不够的问题依然存在。有文献提出在基于放大器结构的OOK调制器中并联一个可控阻抗单元到“地”，该单元在调制器导通时工作在高阻状态，在调制器关断时工作在低阻状态，因此在不影响调制器增益和功耗的条件下实现了很高的开/关隔离度。然而，这些OOK调制器还存在着开/关状态下输入阻抗变化过大的问题，即输入匹配不稳定问题。在OOK调制器的工作过程中，高速率、大幅度的输入阻抗变化可能会导致调制器前级的振荡器或信号源工作不稳定。

因此，需要发明一种新型的毫米波OOK调制器，使其在输入匹配稳定的同时具备高调制速率、高增益和高开/关隔离度。

发明内容

本发明提供一种在开/关状态下输入匹配稳定，同时具有高开/关隔离度的新型毫米波OOK调制器。

本发明采用如下技术方案：

一种兼具高隔离度和稳定输入匹配的毫米波OOK调制器，包括共源级电路、变压器T₁、改进型层叠共栅级开关电路；共源级电路和改进型层叠共栅级开关电路之间通过变压器T₁进行耦合；

所述改进型层叠共栅级开关电路为在传统型层叠共栅级开关电路中加入串联电感L_S2、下层开关晶体管M₄、上层开关晶体管M₅；其中，下、上层开关晶体管M₄和M₅的漏极分别与传统型层叠共栅级开关电路的下、上层共栅级晶体管的源极连接，栅极与传统型层叠共栅级开关电路的第一级反相器I₁的输出端、第二级反相器I₂的输入端连接，源极接地；串联电感L_S2连接在传统型层叠共栅级开关电路的下层共栅级晶体管的漏极和上层共栅级晶体管的源极之间。