一种高阶宽带输入阻抗匹配网络及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高阶宽带输入阻抗匹配网络及其应用，所述高阶宽带输入阻抗匹配网络包含四阶或六阶阻抗变换网络和串联电容。其中，四阶或六阶阻抗变换网络由电感、电容、电阻以及电感之间的耦合效应实现。与传统结构匹配网络仅适合用于对带宽要求不高的电路相比,本高阶宽带输入阻抗匹配网络能够在毫米波频段实现宽带阻抗匹配并且具有较低的插入损耗，可应用于低噪声放大器、功率放大器等电路中的阻抗匹配设计，有很好的工程和实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高阶宽带输入阻抗匹配网络及其应用
本专利技术涉及宽带匹配网络及其应用，属于电路与系统领域，特别是微电子与固态电子学的微波/射频/毫米波集成电路

技术介绍
无线移动通信技术从上世纪80年代的1G时代开始，经过短短三十多年的发展，已经即将迈入5G时代，无线通信系统在给人们的日常生活带来了巨大舒适与便利的同时，也对无线移动通信系统的性能提出了更高的要求。为满足无线移动通信中各运营商不同的数据业务需求，并满足无线移动通信中信号的传输速率、信息量与信号质量不断提高的要求，系统中的射频功率放大器的带宽性能要随之提升。在宽带功率放大器的设计中，最重要的是设计合适的匹配网络，以在所需的带宽内实现连续的最佳阻抗匹配。匹配网络在射频微波电路中有广泛的应用，如：低噪声放大器、功率放大器、混频器、耦合器等，阻抗匹配网络不仅是他们的基本组成部分，而且它的设计好坏从某种意义上来说决定着整个电路设计的成败。为了实现上述匹配，目前常用的方法是使用开路或短路枝节线来构建低通或带通匹配网络，但却很难实现完美阻抗与所需频带中的每个频率点的匹配，进而使得在所需带宽内小信号增益变化幅度较大，线性度较差。因此，研究匹配网络对电子系统的设计特别是射频微波电路的设计具有重要的意义。本专利的匹配网络设计方法能够得到很好的匹配性能，满足预期指标，拓展了射频宽带功率放大器匹配问题的新思路。文献“R.Ludwig,P.bretchko,RFCircuitDesign:TheoryandApplications[M].王子宇，张肇仪，徐承和等译，电子工业出版社，2002：270-287.”中介绍了利用史密斯圆图来进行阻抗匹配的设计方法，该方法只能用于简单的窄带匹配网络设计，并没有提及可工作在宽频带范围内的匹配网络设计。文献“C.FüzyandA.Zólomy,"Designofbroadbandcompleximpedance-matchingnetworksandtheirapplicationsforbroadbandingmicrowaveamplifiers,"18-thINTERNATIONALCONFERENCEONMICROWAVES,RADARANDWIRELESSCOMMUNICATIONS,Vilnius,2010,pp.1-4.”中提出了一种利用分布式电路元件实现复杂阻抗宽带匹配的方法。该方法是集总单元匹配网络的经典解析网络理论方法和数值优化技术的结合。但是该网络结构验证的频率范围仅为1.5GHz到2.5GHz之间。综合上述，传统的射频/毫米波放大器宽带匹配网络的方法面临工作带宽窄，插入损耗较大等问题。需要解决的问题是如何设计信号源与负载之间的连接网络使信号源传给负载的功率在给定的频带内保持相对稳定,且尽可能达到最大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改善带宽放大器性能的匹配电路，实现宽带阻抗匹配并且具有较低的插入损耗。解决的问题是如何设计信号源与负载之间的连接网络使信号源传给负载的功率在给定的频带内保持相对稳定,且尽可能达到最大。本专利技术解决了传统匹配网络工作带宽窄、插入损耗较大的问题，提出了一种可行的、有效的宽带功率放大器匹配网络的设计方法。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种高阶宽带输入阻抗匹配网络，所述高阶宽带输入阻抗匹配网络由四阶或六阶阻抗变换网络和串联电容组成。其中，四阶或六阶阻抗变换网络由电感、电容、电阻以及电感之间的耦合效应实现，两端口四阶阻抗变换网络的两端口为一个输入端口和一个输出端口，三端口六阶输入网络的三端口为一个输入端口和两个输出端口。它可以扩展工作带宽并大大降低电路的插入损耗。作为优选，四阶阻抗变换网络的输入端口正端与串联电容负端相接，四阶阻抗变换网络的输入端口负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端负端相接，串联电容正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端正端相接，四阶阻抗变换网络的输出端口正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端正端相接，四阶阻抗变换网络的输出端口负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端负端相接；六阶阻抗变换网络的输入端口正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端正端相接，六阶阻抗变换网络的输入端口负端与串联电容正端相接，串联电容负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端负端相接，六阶阻抗变换网络的输出端口正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端正端相接，六阶阻抗变换网络的输出端口负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端负端相接。这两种电路均可以有效拓展电路带宽，并且占用芯片面积小，减小成本。作为优选，所述的四阶阻抗变换网络至少包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻，第一电感正端、第一电容正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端和第二电阻负端相接，第一电感正端连接四阶阻抗变换网络的输入端口正端，第一电感负端连接四阶阻抗变换网络的输入端口负端，第二电感正端连接四阶阻抗变换网络的输出端口正端，第二电感负端连接四阶阻抗变换网络的输出端口负端，第一电感和第二电感通过耦合的方式连接。这种设置可以解决传统的射频/毫米波放大器宽带匹配网络的工作带宽窄的问题，拓展带宽的同时也可以保证较低的插入损耗。作为优选，所述的四阶阻抗变换网络通过电容耦合和电感耦合实现，还包括第三电容、第四电容，第一电感正端、第一电容正端、第三电容正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端、第四电容正端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端、第三电容负端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端、第四电容负端和第二电阻负端相接，第一电感和第二电感通过电容耦合的方式连接，电容耦合的方式优势在于结构简单、设计便利；所述的四阶阻抗变换网络通过电容耦合和电感耦合实现，还包括第三电感、第四电感，第一电感正端、第一电容正端、第三电感正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端、第四电感正端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端、第三电感负端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端、第四电感负端和第二电阻负端相接，第一电感和第二电感通过电感耦合的方式连接，电感耦合的方式优势在于设计灵活，有效拓展带宽；所述的四阶阻抗变换网络通过电容耦合和磁耦合实现，还包括第三电容、第四电容，第一电感正端、第一电容正端、第三电容正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端、第四电容正端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端、第三电容负端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端、第四电容负端和第二电阻负端相接，第一电感和第二电感通过磁耦合的方式连接，耦合系数为k12，磁耦合的方式在于调节方便，有效拓展带宽。作为优选，所述的六阶阻抗变换网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感，第一电感负端与第二电感正端相接，第三电感负端与第四电感正端相接并接VB，第五电感负端与第六电感正端相接并接地，第一电感正端连接六本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高阶宽带输入阻抗匹配网络，其特征在于：所述高阶宽带输入阻抗匹配网络包含一个两端口四阶或三端口六阶阻抗变换网络和串联电容，由电感、电容、电阻以及电感之间的耦合效应实现，两端口四阶阻抗变换网络的两端口为一个输入端口和一个输出端口，三端口六阶输入网络的三端口为一个输入端口和两个输出端口。/n

【技术特征摘要】
1.一种高阶宽带输入阻抗匹配网络，其特征在于：所述高阶宽带输入阻抗匹配网络包含一个两端口四阶或三端口六阶阻抗变换网络和串联电容，由电感、电容、电阻以及电感之间的耦合效应实现，两端口四阶阻抗变换网络的两端口为一个输入端口和一个输出端口，三端口六阶输入网络的三端口为一个输入端口和两个输出端口。


2.根据权利要求1所述的高阶宽带输入阻抗匹配网络，其特征在于：四阶阻抗变换网络的输入端口正端与串联电容负端相接，四阶阻抗变换网络的输入端口负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端负端相接，串联电容正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端正端相接，四阶阻抗变换网络的输出端口正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端正端相接，四阶阻抗变换网络的输出端口负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端负端相接；六阶阻抗变换网络的输入端口正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端正端相接，六阶阻抗变换网络的输入端口负端与串联电容正端相接，串联电容负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输入端负端相接，六阶阻抗变换网络的输出端口正端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端正端相接，六阶阻抗变换网络的输出端口负端与高阶宽带输入阻抗匹配网络的输出端负端相接。


3.根据权利要1所述的一种高阶宽带输入阻抗匹配网络，其特征在于：所述四阶阻抗变换网络至少包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一电阻以及第二电阻，第一电感正端、第一电容正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端和第二电阻负端相接，第一电感正端连接四阶阻抗变换网络的输入端口正端，第一电感负端连接四阶阻抗变换网络的输入端口负端，第二电感正端连接四阶阻抗变换网络的输出端口正端，第二电感负端连接四阶阻抗变换网络的输出端口负端，第一电感和第二电感通过耦合的方式连接。


4.根据权利要求3所述的一种高阶宽带输入阻抗匹配网络，其特征在于：所述四阶阻抗变换网络还包括第三电容和第四电容，第一电感正端、第一电容正端、第三电容正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端、第四电容正端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端、第三电容负端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端、第四电容负端和第二电阻负端相接，第一电感和第二电感通过电容耦合的方式连接；所述的四阶阻抗变换网络还包括第三电感、第四电感，第一电感正端、第一电容正端、第三电感正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端、第四电感正端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端、第三电感负端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端、第四电感负端和第二电阻负端相接，第一电感和第二电感通过电感耦合的方式连接；所述的四阶阻抗变换网络还包括第三电容、第四电容，第一电感正端、第一电容正端、第三电容正端和第一电阻正端相接，第一电感负端、第一电容负端、第四电容正端和第一电阻负端相接，第二电感正端、第二电容正端、第三电容负端和第二电阻正端相接，第二电感负端、第二电容负端、第四电容负端和第二电阻负端相接，第一电感和第二电感通过磁耦合的方式连接，耦合系数为k12。


5.根据权利要求1所述的一种高阶宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有明，唐旭升，黄风义，张凌晗，王梦珂，魏震楠，姜楠，
申请(专利权)人：东南大学，上海表象信息科技有限公司，南京展芯通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32