[发明专利]一种基于协同融合的毫米波限幅滤波器芯片

说明书

一种基于协同融合的毫米波限幅滤波器芯片，属于微波无源器件技术领域，解决现有技术中采用50欧姆传输线级联限幅器和滤波器的方法存在的功率容量低、小信号插入损耗高以及电路尺寸大的问题；本发明技术方案中的限幅滤波器的第一级限幅电路在瞬态限幅状态下反射高功率微波信号，在稳态滤波状态下产生滤波通带和滤波通带左侧的一个传输零点，半集总并联谐振器和π型结构分别在滤波通带两侧各引入一个传输零点，实现了限幅器与滤波器的协同融合设计；相较于传统的采用50欧姆传输线级联限幅器和滤波器的方法，本发明的基于协同融合的限幅滤波器在保持高功率容量的同时减小射频前端的插入损耗和电路面积，提高了射频前端集成度和稳定性。

技术领域

本发明属于微波无源器件技术领域，涉及一种基于协同融合的毫米波限幅滤波器芯片。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的突飞猛进，各种无线业务和无线通信产品也迅速发展，多种高密度、高集成度和高灵敏度的器件单元被广泛应用在无线通信系统中，系统的功能越来越复杂。在5G或未来的无线通信系统中，集成的射频收发机数量相比4G系统将大幅增加，例如，作为5G四大关键无线技术之一的大规模多输入多输出(MIMO)系统，射频通道数量可达几十或上百个，因此对系统中器件单元的多功能、高性能、小型化以及稳定性提出了更高的要求。

射频前端是无线通信系统的关键组成部分，主要包含限幅器、滤波器、低噪声放大器，功率放大器、开关、混频器等器件。其中低噪声放大器等敏感单元极易被干扰噪声影响和被高功率微波损毁，放置在其前端的滤波器用于抑制带外噪声，限幅器用于反射高功率入射能量以保护功率敏感器件。而在传统的射频前端接收链路中，限幅器和滤波器利用50欧姆传输线级联在低噪声放大器之前，此种简单级联方式，导致电路尺寸不够紧凑，集成度低，此外限幅器和滤波器的插入损耗会恶化射频前端接收通道的噪声系数和增益，分立器件级联时的阻抗匹配提升了设计复杂度。

限幅滤波器是一种同时具有限幅和滤波特性的多功能器件，可以消除传统的限幅器和滤波器之间的级联结构。限幅滤波器的工作原理为：当输入信号功率低于起限阈值功率时，限幅滤波器工作于稳态滤波状态，滤除带外的无用信号和干扰噪声；当输入信号功率高于起限阈值功率时，限幅滤波器工作于瞬态限幅状态，基于微波半导体二极管的非线性限幅机理，在高功率微波信号作用下会产生特有的射频电导调制效应，二极管的等效阻抗受加载其上的微波功率控制导致电路阻抗失配，从而实现对输入信号功率的有效衰减。

目前，针对限幅滤波器或限幅器和滤波器协同融合设计的研究较少。在已提出的频率选择性限幅器中，大多数基于在滤波器原型中的谐振器上加载分立的非线性限幅元件，如肖特基二极管、PIN二极管等，以获得限幅功能。然而肖特基二极管因较薄的耗尽层导致低击穿电压和大反向漏电流不能承受高功率，大尺寸PIN二极管可以耐受高功率，但相应的较大关态电容导致器件很难工作于毫米波频段；此外，分立器件的寄生效应严重影响功率容量，插入损耗等关键性能；而且所采用的printed circuit board(PCB)工艺不能实现小型化和集成到微波电路系统中，不符合目前射频前端系统高性能、高密度、高集成度的趋势。

因此，在限幅器与滤波器的设计中，如何实现有效的协同融合设计，如何在保证高功率容量的同时降低插损，如何小型化电路尺寸，提高可集成度是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于协同融合的毫米波限幅滤波器芯片，以解决现有技术中采用50欧姆传输线级联限幅器和滤波器的方法存在的功率容量低、小信号插入损耗高以及电路尺寸大的问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种基于协同融合的毫米波限幅滤波器芯片，包括：贴在微波介质衬底(10)上的第一级限幅电路(11)、第二级限幅电路(12)、输入端主传输线(13)、四分之一波长传输线(14)、半集总并联谐振器(15)、输出隔直电容(16)、输出端传输线(17)、π型结构(18)；