一种毫米波可重构共栅放大器及其可重构方法技术

本发明专利技术涉及一种毫米波可重构共栅放大器及其可重构方法，包括输入可重构匹配网络、共栅级晶体管和输出可重构匹配网络。本发明专利技术的毫米波可重构共栅放大器通过重构输入匹配网络的电容值和输出匹配网络的电感值，实现不同频段的阻抗和噪声匹配，同时结合变压器耦合的增益提升结构，使不同频段均具有较大的放大增益。本发明专利技术的毫米波可重构共栅放大器电路结构和可重构方法精简，适合在多频段毫米波收发机系统中使用。常规的毫米波放大器工作在固定的频率，限制了在多频通信系统的应用。限制了在多频通信系统的应用。限制了在多频通信系统的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波可重构共栅放大器及其可重构方法


[0001]本专利技术涉及一种通过可重构结构及其可重构方法实现不同频段信号输出的毫米波可重构共栅放大器，用于微波及毫米波芯片电路中，属于放大器


技术介绍

[0002]毫米波频段具有频率高、频带宽、传输速率快等特点，能够在通信、雷达等诸多领域得到十分广泛的应用。近年来，随着无线通信技术的飞速发展，对毫米波器件的要求也越来越严苛，人们需要不断地探索研究更高频段的毫米波器件来满足无线通信技术的需求。为了实现更高的通信容量，毫米波通信通常采用多个频段来扩展更大的通信带宽，比如第五代(5G)移动通信在毫米波频段主要采用24～29.5GHz频段和37～43GHz频段甚至V波段(50～75GHz)、E波段(60～90GHz)等更高的毫米波波段。
[0003]毫米波放大器包括低噪声放大器、功率放大器，是毫米波收发前端中的关键模块。目前已实现了多种不同频段的毫米波放大器电路，但多数设计工作在固定的频率，能够实现不同频段信号放大输出的毫米波电路非常少。当未来的无线通信系统期望工作在多个频段来实现更大的通信容量、更灵活的通信组网时，如果采用多个固定频段工作的毫米波放大器电路将带来更复杂的通信系统结构和更大的成本和功耗，难以适用多频毫米波通信系统的应用。因此，发展可以工作在不同频段的毫米波可重构放大器电路将能够实现硬件电路的复用，简化通信系统的架构，同时也可以降低成本及功耗。

技术实现思路

[0004]为了克服现有研究的不足，本专利技术提供了一种毫米波可重构共栅放大器及其可重构方法，实现不同频段毫米波信号的可重构放大，并展现较好的增益和噪声性能。
[0005]一种毫米波可重构共栅放大器，包括输入可重构匹配网络、共栅级晶体管和输出可重构匹配网络；
[0006]所述的可重构输入匹配网络由输入端、变压器、第一电容和第一开关串联结构组成；输入端与变压器初级线圈一端、第一电容一端和共栅级放大管的源极连接，第一电容另一端连接第一开关一端，第一开关和变压器初级线圈的另一端均接地；变压器次级线圈的一端与共栅级放大管的栅极相连，另一端与第一电阻、第二电容并联结构的一端连接，第一电阻的另一端接直流电源，为放大级晶体管的栅极提供偏置电压，第二电容的另一端接地；
[0007]所述的共栅级晶体管通过源极连接输入可重构匹配网络，通过漏极与可重构输出匹配网络中第三电容、第一电感并联结构的一端相连，第三电容的另一端与输出端连接；
[0008]所述的可重构输出匹配网络由第一电感、第二电感和第二开关并联结构组成，第一电感的一端连接共栅级晶体管的漏级，第一电感的另一端连接与第二开关和第二电感并联结构的一端相连，第二开关和第二电感并联结构的另一端连接漏极偏置电压；
[0009]作为优选，所述的可重构输入匹配网络由输入端、变压器、第一电容和第一开关串联结构组成，为变压器耦合增加晶体管有效跨导的可重构增益提升结构；第一开关采用
NMOS型开关管，其栅极为开关控制端，源级和漏级分别为开关的两端；当第一开关导通时，NMOS型开关管等效为电阻，第一开关关断时，NMOS型开关管等效为电容，通过切换开关控制信号可以改变输入匹配电容的容值，实现放大器的可重构输入匹配。
[0010]作为优选，所述的可重构输出匹配网络由第一电感、第二电感和第二开关并联结构组成，第二开关采用NMOS型开关管，其栅极为开关控制端，源级和漏级分别为开关的两端；当第二开关导通时，NMOS型开关管等效为电阻，第二开关关断时，NMOS型开关管等效为电容，通过切换开关控制信号可以改变输出匹配电感的感值，实现放大器输出端的可重构匹配。
[0011]作为优选，所述的共栅级晶体管由一个NMOS型晶体管构成，其栅长为60nm，栅宽为40μm，其栅极偏置电压为0.5V，漏极偏置电为1V。
[0012]作为优选，所述的电容采用金属
‑
氧化物
‑
金属(MOM)电容，MOM电容采用叉指结构，其品质因数高、损耗小。
[0013]作为优选，所述的第一电感、第二电感的电感值分别为180pH、220pH；
[0014]作为优选，所述的第一电阻的电阻值大于5kΩ，该电阻用于为直流提供参考地，同时防止交流泄露。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0016]本专利技术的一种毫米波可重构共栅放大器及其可重构方法可以实现不同频段毫米波信号的放大输出，其电路结构复用的实现方法非常适合于在多频段毫米波收发机系统中使用。本专利技术的毫米波可重构共栅放大器通过分别重构输入匹配网络电容值和输出匹配网络的电感值，实现不同频段的阻抗和噪声匹配；同时结合变压器耦合的增益提升结构，使不同频段均具有较大的放大增益。本专利技术的毫米波可重构共栅放大器电路结构精简，可重构控制方便，同时元器件少，易于实现，能够有效降低成本和功耗。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例的毫米波可重构共栅放大器结构图；
[0019]图2为本专利技术实施例的第一种可重构状态等效电路结构图；
[0020]图3为本专利技术实施例的第二种可重构状态等效电路结构图；
[0021]图4为本专利技术实施例的毫米波可重构共栅放大器仿真增益曲线图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]如图1所示，毫米波可重构共栅放大器，包括输入可重构匹配网络、共栅级晶体管
和输出可重构匹配网络。
[0024]所述可重构输入匹配网络由输入端In、变压器T1、电容C1和开关SW1串联结构组成，为变压器耦合的可重构增益提升结构；变压器T1初级线圈的一端与射频输入端In、电容C1、共栅级晶体管M1的源级相连接，电容C1与开关SW1串联连接，电容C1和变压器T1初级线圈的另一端接地；变压器T1次级线圈的一端与共栅级晶体管M1的栅极相连，另一端与电阻R1、电容C2并联结构的一端相连后，电阻R1的另一端接直流电源VG，为放大级晶体管的栅极提供偏置电压，电容C2的另一端接地。开关SW1采用NMOS型开关管，当开关SW1导通时，开关管等效为电阻RON1，电容开关串联结构等效电容为C1，如图2所示；当开关SW1关断时，开关管等效为电容C
OFF1
，电容开关串联结构等效电容为C1和C
OFF1
两个电容串联，如图3所示。通过切换开关控制信号来改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波可重构共栅放大器，其特征在于：包括输入可重构匹配网络、共栅级晶体管和输出可重构匹配网络；所述可重构输入匹配网络由输入端、变压器、第一电容和第一开关串联结构组成；所述输入端与变压器初级线圈一端、第一电容一端和共栅级放大管的源极连接，第一电容相对另一端连接第一开关一端，第一开关和变压器初级线圈的另一端均接地；变压器次级线圈的一端与共栅级放大管的栅极相连，相对另一端与第一电阻、第二电容并联结构的一端连接，第一电阻相对另一端接直流电源，为放大级晶体管的栅极提供偏置电压，第二电容的另一端接地；所述共栅级晶体管通过源极连接输入可重构匹配网络，通过漏极与可重构输出匹配网络中第三电容、第一电感并联结构的一端相连，第三电容的另一端与输出端连接；所述可重构输出匹配网络由第一电感、第二电感和第二开关并联结构组成，第一电感的一端连接共栅级晶体管的漏级，第一电感的另一端连接与第二开关和第二电感并联结构的一端相连，第二开关和第二电感并联结构的另一端连接漏极偏置电压。2.根据权利要求1所述的一种毫米波可重构共栅放大器，其特征在于：所述第一开关采用NMOS型开关管，其栅极为开关控制端，源级和漏级分别为开关的两端；当第一开关导通时，NMOS型开关管等效为电阻，第一开关关断时，NMOS型开关管等效为电容，通过切换开关控制信号可以改变输入匹配电容的容值，实现放大器的可重构输入匹配。3.根据权利要求1或2所述的一种毫米波可重构共栅放大器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，文进才，郭煜彤，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：