一种5G毫米波有源天线设计方法技术

本申请公开了一种5G毫米波有源天线设计方法，包括以下步骤：第一：对晶体管进行直流特性曲线分析，选择良好的静态工作点；第二：分别设计栅极和漏极的偏置电路A和偏置电路B；第三：稳定性设计；第四：设计输出匹配电路。本发明专利技术将接收天线与低噪放直接相连，省去了二者之间的匹配电路，不仅能减小整个电路的尺寸，降低成本，更重要的是降低了由于匹配电路造成的损耗。损耗。损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种5G毫米波有源天线设计方法


[0001]本专利技术属于天线设计
，涉及一种5G毫米波有源天线设计方法。

技术介绍

[0002]当今社会的移动通信技术发展之迅速，使得人们的生活、娱乐、科技方面都得到了很大的改善，所以人们也追求更高的通信技术。从上个世纪发展至今移动通信经过了第一代模拟蜂窝移动通信系统，第二代数字通信系统，第三代以高速互联网业务和有线多媒体业务为目的的宽带通信系统，也就是人们所说的3G，第四代以宽带接入和分布网络为特点的多功能集成宽带移动通信系统。4G网络造就了非常辉煌的互联网经济，解决了人与人随时随地通信的问题，随着移动互联网快速发展，新服务、新业务不断涌现，移动数据业务流量爆炸式增长，4G移动通信系统难以满足未来移动数据流量暴涨的需求，急需研发下一代移动通信(5G)系统。5G作为一种新型移动通信网络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频等更加身临其境的极致业务体验，更要解决人与物、物与物通信问题，满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求。最终，5G将渗透到经济社会的各行业各领域，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。在无线通信系统中，因为射频接收机位于整个系统的第一级，因此整个系统的性能优劣与否很大程度上取决于接收机的性能。而有源天线作为接收机的第一级，影响着整个接收机的性能优劣。所以设计一个性能优良的有源天线具有重要意义。
[0003]1、现有技术方案
[0004]如图1所示，现有的技术是：裸管芯通过匹配电路将输入匹配到50ohm，同时天线的端口阻抗也调整到50ohm，最后将两者通过微带线直接连接构成有源天线电路。
[0005]2、砷化镓(GaAs)工艺
[0006]半导体技术的快速发展，使得现代的电子设备在较小体积的基础上拥有最好的性能的需求不断得到满足。同时5G频段对射频前端器件的材料和工艺都提出了新的要求：1)禁带宽度更大，以运行更高的频带；2)临界击穿电场更高，以满足更高功率的应用；3)热导率更高，更易将器件中的功耗传导到周围环境，实现散热；4)饱和电子速率和电子迁移率更高，寄生电阻小，电子渡越时间更短，以适应更高频的工作环境。砷化镓(GaAs)是当前最重要、技术成熟度最高的化合物半导体材料之一，具备禁带宽度大、电子迁移率高的特性，且为直接带隙，发光效率高，是目前5G频段射频器件应用最理想的材料之一。
[0007]3、片上天线(AoP)
[0008]最初的小型无线设备采用的是外置天线，随着频率的上升，传统金属互连线的寄生电阻、寄生电容及寄生电感问题日趋严重，同时随着芯片引脚不断增多，走线越来越密集，互连线间的相互干扰给传输信号带来很大噪音。片上天线(AoP)能将天线与射频前端集成到一个芯片上，同时，砷化镓(GaAs)的相对介电常数约为12.9，将天线设计在芯片内，可以大大减小天线的尺寸。片上天线对于当今高度集成的无线系统具有中要意义。
[0009]4、低噪声放大器
[0010]低噪放(low
‑
noise amplifier)是一类特殊的电子放大器，主要用于通讯系统中将接收自天线的信号放大，以便于后级的电子设备处理。由于来自天线的信号一般都非常微弱，低噪音放大器一般情况下均位于非常靠近天线的部位，以减小信号通过传输线的损耗。LNA作为整个接收机系统的第一级，在传输过程中产生的噪声对整体噪声系数影响较大，需要尽量不引入本地噪声，其噪声性能将直接影响整个系统在后级电路中对噪声的抑制能力。低噪声放大器在通讯、导航、电子对抗、雷达等多个高精度领域中广泛应用，主要是为了实现信号在电路系统中的低噪声、高增益传输。

技术实现思路

[0011]本专利技术提供一种5G毫米波有源天线设计方法，目的在于克服上述现有技术存在的不足。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0013]一种5G毫米波有源天线设计方法，包括以下步骤：
[0014]第一：对晶体管进行直流特性曲线分析，选择良好的静态工作点；
[0015]第二：分别设计栅极和漏极的偏置电路A和偏置电路B；
[0016]第三：稳定性设计；
[0017]第四：设计输出匹配电路。
[0018]进一步地，第一步骤中使用仿真软件ADS可以直接得到晶体管的直流输出特性曲线。
[0019]进一步地，第二步骤中所述偏置电路A由串联电感和并联到地电容组成。
[0020]进一步地，第二步骤中所述偏置电路B均由串联电感和并联到地电容组成。
[0021]进一步地，第三步骤中采用在晶体管源极串联到地电感改善稳定性。
[0022]进一步地，第四步骤中采用ADS仿真软件的Smith工具进行输出匹配网络设计，主要采用电容、电感元件进行设计，选择合适的电抗元件值确定电路结构。
[0023]进一步地，第四步骤中天线通过匹配电路直接与管子栅极相连，作为PHEMT管的输入端，将接收信号到的信号输入低噪放。
[0024]进一步地，所述天线采用矩形微带天线。
[0025]进一步地，所述天线是以GaAs为基板的。
[0026]与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0027]原本的设计方法是芯片的输入和输出端均匹配到50ohm，天线输入也采用50ohm输入的馈线方式。这种方式不仅占用芯片面积更大，成本增加；同时由于匹配电路中会引入多个电容和电感，必然会增大损耗，直接导致有源天线的损耗增加。本专利技术将天线与低噪放直接相连，将接天线馈线端通过匹配直接连接到放大器的栅极，省去了之前设计中二者需各自匹配到50ohm的电路，不仅能减小整个电路的尺寸，降低了成本，更重要的是由于采用更少的电容和电感，降低了整体有源天线的损耗。
附图说明
[0028]图1是现有技术的天线馈线和放大器输入端均匹配到50ohm的电路结构示意图；
[0029]图2是本专利技术的天线馈线直接匹配到放大器栅极电路的结构示意图；
[0030]图3是偏置电路结构示意图；
[0031]图4是输出匹配电路结构示意图；
[0032]图5是天线结构示意图。
具体实施方式
[0033]如图2所示，低噪放：采用GaAs
‑
PHMET管，综合考虑管子的性能，得到管子栅极的阻抗，采用双电源供电方式，电压分别从偏置电路A和偏置电路B传输至栅极和漏极，输入信号经低噪放放大后，从漏极输出，经输出匹配电路传输至下级电路。低噪放设计包括以下步骤：
[0034]第一：对晶体管进行直流特性曲线分析，选择良好的静态工作点，使用仿真软件ADS可以直接得到晶体管的直流输出特性曲线；
[0035]第二：分别设计栅极和漏极的偏置电路A和偏置电路B，如图3所示，偏置电路A和偏置电路B均由串联电感和并联到地电容组成。偏置电路A和偏置电路B均为晶体管正常工作提供电压、电流，滤除高频信号、高次谐波、低频信号，有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种5G毫米波有源天线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一：对晶体管进行直流特性曲线分析，选择良好的静态工作点；第二：分别设计栅极和漏极的偏置电路A和偏置电路B；第三：稳定性设计；第四：设计输出匹配电路。2.根据权利要求1所述的5G毫米波有源天线设计方法，其特征在于，第一步骤中使用仿真软件ADS可以直接得到晶体管的直流输出特性曲线。3.根据权利要求1所述的5G毫米波有源天线设计方法，其特征在于，第二步骤中所述偏置电路A由串联电感和并联到地电容组成。4.根据权利要求1所述的5G毫米波有源天线设计方法，其特征在于，第二步骤中所述偏置电路B均由串联电感和并联到地电容组成。5.根据权利要求1所述的5G毫米波有源天线设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：林先其，董金生，熊婷婷，陈依军，胥鑫，杨永穆，
申请(专利权)人：集芯微科技浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：