[发明专利]一种高阶宽带输入阻抗匹配网络及其应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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,RF Circuit Design:Theory and Applications[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.Füzy and A.Zólomy,Design of broadband complex impedance-matching networks and their applications for broadbanding microwaveamplifiers,18-th INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICROWAVES,RADAR AND WIRELESSCOMMUNICATIONS,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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：