基于槽线-接地共面波导结构的功率合成器及等效电路制造技术

本公开提供了一种基于槽线

【技术实现步骤摘要】
基于槽线
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接地共面波导结构的功率合成器及等效电路


[0001]本公开涉及移动通信
，具体涉及一种基于槽线
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接地共面波导结构的功率合成器、等效电路、太赫兹Doherty功率放大器及其应用。

技术介绍

[0002]太赫兹(THz)波通常是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30μm)范围内的电磁波。随着无线通信系统的快速发展，为满足100+Gbps以上数据速率需求，极大地推动了太赫兹频段开发和利用。太赫兹频段具有广泛的可用频谱资源，并且具有波长短、抗干扰能力强、具有穿透性等特性，在短程和回程高速通信方面有着巨大的应用前景。近年来，硅基半导体技术的快速发展，为太赫兹技术实用化和集成化提供了有效途径。
[0003]为了克服高路径损耗，高功率放大器(PA)在系统中是必不可少的，并且往往是系统中最耗能的器件之一，其效率高低直接决定了系统的效率。根据香浓定理C＝B
×
log2(1+S/N)，其中，C是信道容量，B为带宽，S/N为信噪比，能够宽带工作的功率放大器是通信系统实现高数据率的保证。但是，在CMOS/SiGe等硅基工艺中存在晶体管的工作频率/最高振荡频率(ft/fmax)有限、晶体管击穿电压较低以及无源网络损耗大等问题，输出功率受限。
[0004]现有技术中，由于在太赫兹频段下的输出功率严重不足，无法满足应用需求。若采用传统Wilkinson功率合成势必存在多段λ/4线，导致巨大的面积开销，电路结构不够紧凑，并且在太赫兹频段趋肤效应、辐射效应加剧导致损耗增加，使得效率急剧下降。
[0005]另一方面，在高速通信系统中为了提高频谱利用率，往往广泛采用的高峰均功率比(PAPR)调制信号，这种高PAPR对射频前端，尤其是PA的设计带来了困难，其要求功率放大器在饱和和功率回退时均要保持较高效率。Doherty技术由于其结构简单，效率高，成为在低频最为广泛的高效率功率放大器技术，由于受限于四分之一波长，存在带宽窄的缺陷，支持宽带信号通常需要额外的复杂性和芯片面积开销。
[0006]因此，亟需以紧凑的结构实现阻抗逆变功能，并与多路功率合成网络进行一体化设计，以降低损耗，缩小芯片面积，并降低成本。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种基于槽线
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接地共面波导结构的功率合成器、等效电路及功率放大器，其输出结构在宽带范围内实现功率合成和有源负载调制的同时，也具有低损耗、面积紧凑等优势，解决了目前Doherty架构在太赫兹频段难以使用的问题，突破了目前在高频通信中太赫兹器件的功率、效率、带宽、成本及集成度的瓶颈。
[0008]本公开的第一个方面提供了一种基于槽线
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接地共面波导结构的功率合成器，包括：设置于衬底上的至少四个耦合结构，每个耦合结构包括第一槽线及设置于所述第一槽线上的第一接地共面波导；与至少四个耦合结构分别连接的第二槽线；以及与第二槽线连接的第二接地共面波导；其中，第一槽线、第一接地共面波导及第二槽线构成第一级阻抗逆
变器，第二槽线及第二接地共面波导构成第二级阻抗逆变器。
[0009]进一步地，第一接地共面波导为类U型，其包括至少两个输入端，输入端用于接入待合成的信号。
[0010]进一步地，第一接地共面波导被配置为初级线圈。
[0011]进一步地，第一槽线为类环状的槽线结构。
[0012]进一步地，第一槽线被配置为次级线圈。
[0013]进一步地，第二接地共面波导及第二槽线分别被配置为第一电容及第二电容。
[0014]进一步地，第二接地共面波导及第二槽线分别被配置为第一电感及第二电感。
[0015]进一步地，第一槽线与第一接地共面波导十字交叉设置。
[0016]进一步地，该功率合成器还包括：中心抽头，设置于第一接地共面波导的对称位置，且其一端与第一接地共面波导连接。
[0017]进一步地，该功率合成器还包括：第三接地共面波导，其与所述第二接地共面波导连接，用于将合成后的信号输出。
[0018]进一步地，该功率合成器通过依次位于衬底上的金属层M1～M5、TM1及TM2刻蚀形成。
[0019]本公开的第二个方面提供了一种基于第一个方面提供的功率合成器的等效电路，包括：2n个第一级阻抗逆变器，用于将主功率信号和辅功率信号进行功率合成，其中，n为大于等于2的自然数；第二级阻抗逆变器，分别连接于2n个第一级阻抗逆变器分别连接，用于将2n个第一级阻抗逆变器功率合成后的信号进行二次功率合成；其中，2n个第一级阻抗逆变器相对于第二级阻抗逆变器对称设置。
[0020]进一步地，第二级阻抗逆变器为电容
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电容结构、电容
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电感结构或电感
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电感结构。
[0021]进一步地，第二级阻抗逆变器包括：并联设置的第一电容、第二电容及第三电容，其中，第一电容与第三电容相同。
[0022]进一步地，第二级阻抗逆变器包括：π型连接的第一电容、第二电感及第三电容，其中，第一电容与第三电容相同。
[0023]进一步地，第二级阻抗逆变器包括：π型连接的第一电感、第二电感及第三电感，其中，第一电感与第三电感相同。
[0024]进一步地，第二级阻抗逆变器包括：π型连接的第一电感、第二电容及第三电感，其中，第一电感与第三电感相同。
[0025]进一步地，第一级阻抗逆变器包括：初级线圈、与初级线圈耦合的次级线圈及第四电容，其中，第四电容分别与所述次级线圈及第二级阻抗逆变器并联，初级线圈上设置至少两个输入端。
[0026]进一步地，该等效电路还包括：负载电阻，其与第二级阻抗逆变器并联，用于将二次合成后的功率信号输出。
[0027]本公开的第三个方面提供了一种太赫兹Doherty功率放大器，包括：本公开第一个方面提供的功率合成器。
[0028]进一步地，该太赫兹Doherty功率放大器还包括：主放大器及辅放大器，其中，功率合成器设置于主放大器及辅放大器之间。
[0029]进一步地，主放大器及辅放大器为相同的网络结构。
[0030]本公开的第四个方面提供了一种太赫兹Doherty功率放大器，包括：本公开第二个方面提供的等效电路。
[0031]进一步地，该太赫兹Doherty功率放大器还包括：辅放大电路及主放大电路，其中，等效电路设置于辅放大电路及主放大电路之间。
[0032]进一步地，主放大电路工作在AB类，辅放大电路工作在C类。
[0033]进一步地，主放大电路及辅放大电路为相同的网络结构。
[0034]本公开的第五个方面提供了一种基于本公开第三个或第四个方面提供的太赫兹Doherty功率放大器在汽车雷达或6G通信系统上的应用。
[0035]本公开提供了一种基于槽线
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接地共面波导结构的功率合成器、等效电路、太赫兹Doherty本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于槽线
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接地共面波导结构的功率合成器，其特征在于，包括：设置于衬底上的至少四个耦合结构，每个耦合结构包括第一槽线及设置于所述第一槽线上的第一接地共面波导；与所述至少四个耦合结构分别连接的第二槽线；以及与所述第二槽线连接的第二接地共面波导；其中，所述第一槽线、所述第一接地共面波导及所述第二槽线构成第一级阻抗逆变器，所述第二槽线及所述第二接地共面波导构成第二级阻抗逆变器。2.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述第一接地共面波导为类U型，其包括至少两个输入端，所述输入端用于接入待合成的信号。3.根据权利要求2所述的功率合成器，其特征在于，所述第一接地共面波导被配置为初级线圈。4.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述第一槽线为类环状的槽线结构。5.根据权利要求4所述的功率合成器，其特征在于，所述第一槽线被配置为次级线圈。6.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述第二接地共面波导及所述第二槽线分别被配置为第一电容及第二电容。7.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述第二接地共面波导及所述第二槽线分别被配置为第一电感及第二电感。8.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，所述第一槽线与所述第一接地共面波导十字交叉设置。9.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，该功率合成器还包括：中心抽头，设置于所述第一接地共面波导的对称位置，且其一端与所述第一接地共面波导连接。10.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，该功率合成器还包括：第三接地共面波导，其与所述第二接地共面波导连接，用于将合成后的信号输出。11.根据权利要求1所述的功率合成器，其特征在于，该功率合成器通过依次位于所述衬底上的金属层M1～M5、TM1及TM2刻蚀形成。12.一种如权利要求1～11中任一项所述的功率合成器的等效电路，其特征在于，包括：2n个第一级阻抗逆变器，用于将主功率信号和辅功率信号进行功率合成，其中，n为大于等于2的自然数；第二级阻抗逆变器，分别连接于所述2n个第一级阻抗逆变器，用于将所述2n个第一级阻抗逆变器功率合成后的信号进行二次功率合成；其中，所述2n个第一级阻抗逆变器相对于所述第二级阻抗逆变器对称设置。13.根据权利要求12所述的等效电路，其特征在于，所述第二级阻抗逆变器为电容
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【专利技术属性】
技术研发人员：李星村，陈文华，吴汇波，李舒阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：