阅读说明：本技术 一种石墨烯分布式放大器 (A kind of graphene distributed amplifier ) 是由 王向华 于 2019-08-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种石墨烯分布式放大器,包括：同一衬底上设置的输入电路、若干级联的放大单元电路、输出电路、栅极偏置电路和漏极偏置电路,所述输入电路、漏极偏置电路分别连接第一级放大单元电路的栅极和漏级,最后一级放大单元电路的漏级和栅极分别连接输出电路和栅极偏置电路,信号通过所述输入电路进入放大单元电路,所述栅极偏置电路对输入信号进行调节,所述放大单元电路采用共源共栅结构对信号进行放大,所述输出电路输出级联放大后的信号,所述漏极偏置电路对输出信号进行调节。(The invention discloses a kind of graphene distributed amplifiers, it include: the input circuit being arranged on same substrate, several cascade amplifying unit circuits, output circuit, gate bias circuit and drain electrode biasing circuit, the input circuit, drain electrode biasing circuit is separately connected the grid and drain of first order amplifying unit circuit, the drain and grid of afterbody amplifying unit circuit are separately connected output circuit and gate bias circuit, signal enters amplifying unit circuit by the input circuit, input signal is adjusted in the gate bias circuit, the amplifying unit circuit amplifies signal using cascode structure, the amplified signal of output circuit output cascade, output signal is adjusted in the drain electrode biasing circuit.)

一种石墨烯分布式放大器

技术领域

本发明属于分布式放大器优化设计的技术领域，尤其涉及一种石墨烯分布式放大器。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构材料，这种特殊的晶体结构使石墨烯具有超薄、超高电子迁移率、超高饱和漂移速度和超高热导率等特性。石墨烯是一种电学性能良好的半导体材料，其载流子典型饱和漂移速度为5×107cm/s，载流子迁移率大于2×105cm2/V·s，是目前已知的半导体材料中迁移率最高的材料，在微电子射频领域具有广泛的应用前景。

分布式放大器具有平坦的增益、较好的增益带宽积和良好的输入输出匹配，是目前普遍应用的超宽带电路设计方法。分布式放大器的每一级放大单元都产生一定的增益，并且分布在整个工作带宽内，而放大器的总增益则等于各级放大单元的增益之和，这与级联放大器总增益等于各级增益之积的情况有所不同。

现有的石墨烯分布式放大器一般采用分布式LC网络制成栅极传输线和漏极传输线，使石墨烯晶体管栅极和漏极的寄生电容和电阻分别与栅极线和漏极线构成了人工传输线，即晶体管的寄生参数已经成为传输线的一部分，而不再限制晶体管的增益带宽积，所以该分布式放大器具有较大的工作带宽。现有的石墨烯分布式放大器的设计方法虽能提高增益带宽积，但仍有很大的改进空间，其增益带宽积需要进一步提高。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯分布式放大器，通过改进电路结构，采用共源共栅结构，进一步提高了石墨烯分布式放大器的增益带宽积。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种石墨烯分布式放大器。

一种石墨烯分布式放大器，包括：同一衬底上设置的输入电路、若干级联的放大单元电路、输出电路、栅极偏置电路和漏极偏置电路，所述输入电路、漏极偏置电路分别连接第一级放大单元电路的栅极和漏级，最后一级放大单元电路的漏级和栅极分别连接输出电路和栅极偏置电路，信号通过所述输入电路进入放大单元电路，所述栅极偏置电路对输入信号进行调节，所述放大单元电路采用共源共栅结构对信号进行放大，所述输出电路输出级联放大后的信号，所述漏极偏置电路对输出信号进行调节。

进一步地，所述输入电路包括输入栅极片外电感，采用微带结构或共面波导结构，分别连接输入端口和第一级放大单元电路。

进一步地，所述输入栅极片外电感的长度和宽度可调节。

进一步地，石墨烯分布式放大器的总增益等于各级放大单元电路的增益之和，石墨烯分布式放大器的总增益通过改变放大单元电路个数调节。

进一步地，所述放大单元电路包括第一石墨烯场效应晶体管和第二石墨烯场效应晶体管，所述第一石墨烯场效应晶体管的漏极传输线上设置两个电感，所述第一石墨烯场效应晶体管的栅极设置匹配电阻和电容，所述第一石墨烯场效应晶体管的源极连接所述第二石墨烯场效应晶体管的漏级，所述第二石墨烯场效应晶体管的栅极传输线上设置两个栅极片外电感。

进一步地，所述第一石墨烯场效应晶体管的漏极电容并联电容，且设置一电阻与该电容串联。

进一步地，所述输出电路包括输出电感，采用微带结构或共面波导结构，分别连接最后一级放大单元电路和输出端口。

进一步地，所述输出电感的长度和宽度可调节。

进一步地，所述栅极偏置电路为石墨烯分布式放大器的栅极加电端口，包括串联的两个电阻，两个电阻之间连接一个栅极片外电感，所述栅极偏置电路的栅极片外电感与最后一级放大单元电路栅极传输线上的栅极片外电感串联。

进一步地，所述漏极偏置电路为石墨烯分布式放大器的漏极加电端口，包括五个分压电阻、一个滤波电容和一个电感，所述漏极偏置电路的电感与第一级放大单元电路漏极传输线上的电感串联，加电端口通过五个分压电阻将电压加到石墨烯分布式放大器。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明公开的一种石墨烯分布式放大器，提出了一种针对石墨烯场效应晶体管的新的电路结构，提高了石墨烯分布式放大器的增益带宽积。通过改进现有的电路结构，采用共源共栅结构，进一步提高了石墨烯分布式放大器的增益带宽积。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例的一种石墨烯分布式放大器示意图；

其中，1-输入电路、2-放大单元电路、3-输出电路、4-栅极偏置电路和5-漏极偏置电路。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种石墨烯分布式放大器。

本发明通过以下技术方案予以实现，如图1所示，石墨烯分布式放大器包含五个部分：

输入电路1、放大单元电路2、输出电路3、栅极偏置电路4和漏极偏置电路5，五个部分在同一衬底上，采用微带结构或共面波导结构。电路工作时，信号通过输入电路进入到放大电路1中，栅极偏置电路4对输入信号进行调节，信号在放大单元电路2中进行放大，然后通过输出电路3进行输出，漏极偏置电路5可对输出信号进行调节。

该石墨烯分布式放大器采用共源共栅结构，可以实现较大的带宽，解决普通石墨烯分布式放大器带宽较小的问题。

输入电路1为石墨烯分布式放大器的输入端口，包含栅极片外电感Lg1(为微带线或共面波导线，下同)，前接输入端口RF_Input，后接放大单元电路。可调节Lg1的长度和宽度实现输入端口的良好匹配。

放大单元电路2为石墨烯分布式放大器的放大部分，多个放大单元电路进行级联，放大器的总增益等于各级放大单元的增益之和，因此可通过改变放大单元的个数来调节放大器整体的增益。放大单元电路采用共源共栅结构，包括石墨烯场效应晶体管GFETN1和GFETN2，N为放大单元电路的级数。Lg2和Lg3为栅极传输线，Ld2和Ld3为漏极传输线，可调节放大器的增益和驻波。电阻R7和R8、电容C3和C4为匹配电阻和电容。由于石墨烯场效应晶体管的栅极输入电容Cgs大于漏极输出电容Cds，即Cgs>Cds，这限制了放大器的带宽。电容C2与GFETN1的Cds并联，提高了晶体管总的等效输出电容，从而拓宽了放大器的带宽。电阻R6可调节放大器的增益平坦度。

输出电路3为石墨烯分布式放大器的输出端口，包含电感Ld1，前接放大单元电路，后接输出端口RF_Output。可调节Ld1的长度和宽度实现输出端口的良好匹配。

栅极偏置电路4为石墨烯分布式放大器的栅极加电端口，包括Lg4，电阻R9和R10，前接放大单元电路。可通过Vg1端口或Vg2端口对放大器进行加电，当用Vg1端口时，可通过R9和R10的分压作用将电压加到放大器。通过调节R9和R10的值可改变放大器的加电电压。另外，调节R9的值还可以改善放大器的增益平坦度。

漏极偏置电路5为石墨烯分布式放大器的漏极加电端口，包括Ld4，电阻R1～R5，电容C1，后接放大单元电路。通过Vd1端口对放大器进行加电，通过R1～R5的分压作用将电压加到放大器。通过调节R1～R5的值可改变放大器的加电电压。另外，调节R1～R5的值还可以改善放大器的增益平坦度和输出驻波。Vd2为低频扩展端口，当外加一个较大的片外电感和片外电容时，该分布式放大器的低频应用可扩展至MHz量级。C1为加电端口的滤波电容。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。