[发明专利]基于毫米波变压器的宽带匹配电路及毫米波功率放大电路

说明书

本发明公开了一种基于毫米波变压器的宽带匹配电路及毫米波功率放大电路，应用于毫米波技术领域，宽带匹配电路包括第一电容、毫米波变压器和第二电容；毫米波变压器包括初级线圈和次级线圈，第一电容与初级线圈的第一节点和地连接，第二电容与次级线圈的第三节点和第四节点连接；初级线圈包括初级线圈电感，次级线圈包括次级线圈电感；初级线圈电感和第一电容构成第一LC谐振网络；次级线圈电感和第二电容构成第二LC谐振网络。本发明通过在匹配网络中设置两个LC谐振电路，大幅度提高毫米波电路的工作频率宽度，将其应用于毫米波功率放大电路，可以大幅提高放大器的工作带宽，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及毫米波技术领域，尤其涉及一种基于毫米波变压器的宽带匹配电路及毫米波功率放大电路。

背景技术

近年来，采用硅基半导体工艺实现5G毫米波频段上宽带超高速通信系统已经成为学术界和工业界的研究热点。例如，近几年提出的得3GPP 5G新射频标准N257频带(26.5-29.5GHz)、N258频带(24.25-27.5GHz)、N260频带(37-40GHz)和IEEE 802.11aj频带(42.3-48.4GHz)。以上这些标准充分利用毫米波频段丰富的频谱资源，进而大幅度提升通信系统信道容量和数据传输速率。然而，对于一个宽带5G毫米波通信系统，宽带且稳定毫米波射频前端的实现是极富挑战的，而能够实现调制信号进行充分放大进而输送到天线端进行无线辐射又是射频前端发射机中极其重要的模块，同时能够实现对接收到微弱射频调制信号进行有效放大进而输送到解调器进行解调又是射频前端接收机中极其重要的模块。因此，毫米波放大器(发射链路中的功率放大器、接收链路中的低噪声放大器)必须满足宽带要求以支持5G毫米波所覆盖频段。而影响毫米波放大器工作频率宽度范围的主要是匹配网络。

常见的毫米波匹配网络主要有两种结构：微带线和电容匹配以及变压器匹配。微带线和电容匹配的原理利用毫米波微带线的分布参数原理，结合电容的调谐特性，进而完成电路的阻抗匹配。然而，由于毫米波频率高，微带线本身会产生寄生参数，电容连接会引入寄生电感，以上这些因素会恶化毫米波微带线和电容的品质因数，大幅度恶化微带电容匹配网络的频带宽度。毫米波变压器匹配网络利用变压器的阻抗变换特性完成阻抗匹配，然而由于毫米波频率高，随之引入大量寄生产生，构成变压器初级线圈和次级线圈电感的品质因数有限，常见的变压器匹配网络的频带宽度也很有限。此外，采用分布式匹配网络设计方法可以有效地提升放大器的工作频率范围，但是由于分布式网络面积大，会大幅度增加芯片的面积，进而大大增加放大器的成本。

因此，需要发明一种基于毫米波宽带匹配网络，解决传统毫米波匹配网络因为电路寄生参数导致匹配网络频带宽度有限的缺点，进而大幅度提升毫米波放大器的频率工作范围且不恶化芯片的面积。

发明内容

技术目的：针对现有技术中毫米波宽度匹配网络应用于放大器中时难以提高工作频带范围且生产成本较大的缺陷，本发明公开了一种基于毫米波变压器的宽带匹配电路及毫米波功率放大电路，通过在匹配网络中设置两个LC谐振电路，大幅度提高毫米波电路的工作频率宽度，将其应用于毫米波功率放大电路，可以大幅改善放大器的工作带宽，降低生产成本。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种基于毫米波变压器的宽带匹配电路，包括第一电容、毫米波变压器和第二电容；所述毫米波变压器包括初级线圈和次级线圈，初级线圈的第一节点连接输入端口，第二节点接地；次级线圈的第三节点和第四节点连接差分输出端口，第三节点和第四节点输出的信号幅度相同，相位相差180度；第一电容与初级线圈的第一节点和地连接，第二电容与次级线圈的第三节点和第四节点连接；

所述初级线圈包括初级线圈电感，次级线圈包括次级线圈电感；初级线圈电感和第一电容构成第一LC谐振网络；次级线圈电感和第二电容构成第二LC谐振网络。

优选地，所述第一LC谐振网络和第二LC谐振网络的谐振频率点相同。