阅读说明：本技术 一种基于多节人工传输线的输入匹配电路 (Input matching circuit based on multisection artificial transmission line ) 是由 马顺利 章锦程 任俊彦 于 2020-04-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于电子技术领域,具体为一种基于多节人工传输线的输入匹配电路。本发明输入匹配电路包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感、第二电感、隔直电容以及馈电电阻；第一电容、第二电容、第一电感构成第一人工传输线；第三电容、第四电容、第二电感构成第二人工传输线；第一人工传输线与第二人工传输线构成一个多节阻抗匹配电路。根据需要,还可以采用三节或更多节的人工传输线,第三人工传输线与第二人工传输线完全相同,两者并联得到阻抗为第二人工传输线一半的人工传输线。本发明可以实现功率放大器的宽带输入阻抗匹配。该电路尤其适用于氮化镓功率放大器的输入匹配,并可以灵活的控制输入匹配电路的带宽与带内波纹。(The invention belongs to the technical field of electronics, and particularly relates to an input matching circuit based on a plurality of sections of artificial transmission lines. The input matching circuit of the present invention includes: the first capacitor, the second capacitor, the third capacitor, the fourth capacitor, the first inductor, the second inductor, the blocking capacitor and the feed resistor; the first capacitor, the second capacitor and the first inductor form a first artificial transmission line; the third capacitor, the fourth capacitor and the second inductor form a second artificial transmission line; the first artificial transmission line and the second artificial transmission line form a multi-section impedance matching circuit. According to the requirement, three or more sections of artificial transmission lines can be adopted, the third artificial transmission line is completely the same as the second artificial transmission line, and the third artificial transmission line and the second artificial transmission line are connected in parallel to obtain the artificial transmission line with half of the impedance of the second artificial transmission line. The invention can realize the broadband input impedance matching of the power amplifier. The circuit is particularly suitable for input matching of a gallium nitride power amplifier, and the bandwidth and in-band ripple of the input matching circuit can be flexibly controlled.)

一种基于多节人工传输线的输入匹配电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种阻抗匹配电路。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对于无线通信的传输速度要求不断提高；根据香浓定理，在信噪比相同的情况下，无线通信系统的传输速度与系统带宽呈正比。因此，提高通信系统的射频带宽是提高信息传输速度最直接的办法之一。近年来，毫米波频段以其巨大的频带宽度成为了下一代通信技术的热门选择。作为无线通信系统中最重要的模块之一，毫米波宽带功率放大器的研究也获得了广泛的关注；然而，由于毫米波频段晶体管的栅极输入阻抗的品质因数一般较高，因此宽带输入匹配电路的设计一直是宽带功率放大器设计的难点之一。因此，需要一种输入匹配电路，其不仅具有宽带匹配的功能，并且在***损耗、设计复杂度、可拓展性均有良好的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多节人工传输线的输入匹配电路，以实现功率放大器的宽带输入阻抗匹配。

本发明提供的基于多节人工传输线的输入匹配电路，包括：第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电感、第二电感、隔直电容以及馈电电阻；所述第一电容与所述第二电容一端接地，另一端分别与第一电感的两端相连；三者构成一个PI型的第一人工传输线；所述第三电容与所述第四电容一端接地，另一端分别与第二电感的两端相连；三者构成一个PI型的第二人工传输线；所述第一人工传输线与所述第二人工传输线构成一个多节阻抗匹配电路，可以实现功率放大器的宽带输入阻抗匹配。

本发明中，匹配电路的带宽由第一人工传输线与第二人工传输线的特征阻抗与电长度以及所述输入匹配电路的源阻抗、负载阻抗决定。

本发明中，所述第一电容、第二电容与第一电感的值由所需的第一人工传输线的特征阻抗与电长度决定。

本发明中，所述第三电容、第四电容与第二电感的值由所需的第二人工传输线的特征阻抗与电长度决定。

本发明中，所述馈电电阻通常为一个千欧姆级别的大电阻，因此馈电支路体现为高阻态，将不会影响输入匹配电路的性能。

本发明中，所述第二电容与所述第三电容可以合并为一个电容。

本发明中，可以利用切比雪夫响应或巴特沃斯响应设计所述多节阻抗匹配电路，以得到最小的反射系数或最佳的工作带宽。

本发明中，当需要更佳的带内平坦度或带外衰减时，可以采用三节或更多节的人工传输线。

在发明中，当输入匹配电路设计中所需人工传输线特征阻抗过低时，可以采用两段完全相同的人工传输线并联的形式得到一段电长度与单段人工传输线相同、特征阻抗为单段人工传输线一半的并联人工传输线。

本发明提供的上述基于多节人工传输线的输入匹配电路，可以实现功率放大器的宽带输入阻抗匹配。该输入匹配电路尤其适用于氮化镓功率放大器的输入匹配，并可以灵活的控制输入匹配电路的带宽与带内波纹。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种基于多节人工传输线的输入匹配电路的示意图。

图2为本发明实施例中提供的另一种基于多节人工传输线的输入匹配电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行完整的描述。所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并不构成对本发明实施例的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例中提供的一种基于多节人工传输线的输入匹配电路的示意图。如图1所示，所述输入匹配电路包括：第一电容111、第二电容112、第三电容121、第四电容122、第一电感113、第二电感123、隔直电容130以及馈电电阻140。

其中，所述第一电容111与第二电容112一端接地，另一端分别与所述第一电感113的两端相连，三者构成了一个PI型的第一人工传输线110。

其中，所述第三电容121与第四电容122一端接地，另一端分别与所述第二电感123的两端相连，三者构成了一个PI型的第二人工传输线120。

优选地，第二电容112与第三电容121在实际电路实现中可以合并为一个电容。

其中，所述第一人工传输线110的一端为输入匹配电路100的输入端，另一端连接所述第二人工传输线120的一端，第二人工传输线的另一端连接隔直电容130，隔直电容130的另一端即为晶体管的栅极。

其中，所述隔直电容130为一高品质因数的大电容，以减小其对阻抗匹配电路100的影响；所述馈电电阻140通常为一个大电阻，因此馈电支路体现为高阻态，将不会影响输入匹配电路100。

其中，所述第一人工传输线110与所述第二人工传输线120构成了一个多节阻抗匹配电路，可以实现宽带输入阻抗匹配。在设计所述输入匹配电路100时，需先根据源阻抗与负载阻抗计算所需的第一人工传输线110与第二人工传输线120的特征阻抗与电长度，再根据第一人工传输线110与第二人工传输线120的特征阻抗与电长度计算第一电容111、第二电容112、第三电容121、第四电容122、第一电感113、第二电感123的值。

其中，给定人工传输线的特征阻抗Z₀与电长度θ，可以通过公式计算对应的电容与电感的数值为：

优选地，对于确定的源阻抗与负载阻抗，第一人工传输线110与第二人工传输线120的特征阻抗与电长度可以有多个取值，其中比较实用的为带宽最宽的切比雪夫响应或带内反射系数最小的巴特沃斯响应。

优选地，当需要更佳的带内平坦度或带外衰减时，可以采用三节或更多节的人工传输线；当对所述输入匹配电路100的带宽要求较低时，可以仅采用一段人工传输线；设计者需要在输入匹配电路100的带内平坦度与设计复杂度之间权衡。

图2为本发明实施例中提供的另一种基于多节人工传输线的输入匹配电路的示意图。在实际功率放大器输入匹配电路的设计中，人工传输线所能实现的特征阻抗最小约为15欧姆，而氮化镓等工艺的晶体管输入阻抗的实部较小，因此会遇到所需的人工传输线特征阻抗过低而难以实现的情况。在图2的示例性实施例中，采用两段并联的人工传输线实现所需特征阻抗较低的人工传输线。所述输入匹配电路包括：第一电容211、第二电容212、第三电容221、第四电容222、第五电容231、第六电容232、第一电感213、第二电感223、第三电感233、隔直电容240以及馈电电阻250。

其中，所述第一电容211与第二电容212一端接地，另一端分别与所述第一电感213的两端相连，三者构成了一个PI型的第一人工传输线210；所述第三电容221与第四电容222一端接地，另一端分别与所述第二电感223的两端相连，三者构成了一个PI型的第二人工传输线220；第五电容231与第六电容232一端接地，另一端分别与所述第二电感233的两端相连，三者构成了一个PI型的第三人工传输线230。

其中，所述第三电容221、第四电容222、第二电感223分别与第五电容231、第六电容232、第二电感233完全相同。所述第二人工传输线220与第三人工传输线230并联，由此得到了一段电长度与第二人工传输线220的电长度相等，特征阻抗为第二人工传输线220的特征阻抗的二分之一的人工传输线。

本发明针对功率放大器中输入匹配因阻抗变换比较大而难以设计的情况，提出了一种基于多节人工传输线的输入匹配电路，所述输入匹配电路适用于各种工艺的功率放大器设计中，并可以灵活的控制输入匹配电路的带宽与带内波纹。

以上对本发明实施例所提供的一种基于多节人工传输线的输入匹配电路进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。