一種頻率和帶寬可調的射頻放大器的製造方法
2023-06-09 04:20:01
一種頻率和帶寬可調的射頻放大器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，輸入輸出匹配網絡包括中間的帶狀傳輸線、集總參數的電容、分布在帶狀傳輸線兩側的帶狀開路短截線和帶狀短路短截線，帶狀傳輸線、帶狀開路短截線和帶狀短路短截線的結構相同，帶狀傳輸線包括由上往下依次分布的金屬柵層、二氧化矽層和原始高摻雜層；在金屬柵層上加偏置電壓後，原始高摻雜層內形成由上往下分布的溝道反型層、PN結層和後高摻雜層，二氧化矽層和PN結層作為絕緣層，金屬柵層和後高摻雜層作為地，中間的溝道反型層作為傳輸導線，通過改變帶狀傳輸線上面的金屬柵偏置電壓，進而改變帶狀傳輸線的特徵阻抗，從而實現放大器帶寬和中心頻率的快速調諧。
【專利說明】—種頻率和帶寬可調的射頻放大器【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用於軟體無線電和認知無線電的可調射頻放大器，尤其涉及一種可快速調諧中心頻率和帶寬的射頻放大器。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的快速發展，無線通信的制式也越來越多，如當前已經廣泛應用的無線網絡有三大運營商的GSM、CDMA1.X、DCS、3G和在建的LTE網絡等，還有開放式的
2.4GHz和5.SGHz等。由於每個無線通信制式所用頻率和制式不同，每建一個網絡都要重新劃定頻譜並建設新的無線接入設備，這樣極大浪費設備的投入，由於幹擾等原因，不同通信系統站址的選擇也越來越困難。為了節約運營商的網絡覆蓋成本和建設時間，軟體無線電技術得以提出並應用到當前的無線通信領域。軟體無線電可以根據系統需要通過軟體實現不同通信制式在同一設備上的切換，所以叫軟體無線電，但軟體無線電內部最核心的也就是射頻模塊的軟切換，即可調濾波器、可調放大器和可調數據機等，作為和天饋系統最接近的功率放大器的可調諧特性也是重點研究和設計的方向。
[0003]頻譜資源是非可再生的資源，隨著無線通信制式的越來越多，頻譜已出現短缺，為後續通信系統的持續發展帶來了困難。為了能夠有效的利用閒置頻譜，無線通信領域適時發展了認知無線電技術。認知無線電技術的工作模式為，通過頻譜偵測找尋閒置的頻譜資源，並用於通信。當標準劃定的系統需要應用這部分頻譜時，系統釋放出當前頻率，並自動並快速的切換到其它閒置頻率繼續工作。所以說認知無線電更需要頻率和帶寬等可調諧的射頻功率放大器，實現自我配置響應和動態自適應環境變化，以充分利用頻譜資源。
[0004]放大器的可調諧性(頻率和帶寬)主要體現在輸入和輸出阻抗匹配的調諧。當前應用的調諧部件是在匹配電路處加入變容二極體和微機械(MEMS)。它們主要是應用改變匹配電容的方式改變中心頻率。由於匹配電路就是濾波器，如果只改變電容，相當於沒有辦法改變濾波器諧振單元間的耦合，沒辦法大範圍連續改變帶寬，並且輸入和輸出回波損耗會惡化(變差)，難以達到實際的應用。本發明應用調諧分布參數，可實現中心頻率和帶寬的雙重快速調諧，且輸入和輸出回波損耗參數不會惡化。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種可快速調諧中心頻率和帶寬的射頻放大器，通過改變帶狀傳輸線上面的金屬柵偏置電壓，進而改變帶狀傳輸線的特徵阻抗，從而實現放大器帶寬和中心頻率的快速調諧。
[0006]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，包括金屬腔體、連接器組件、放大和可調諧器件，所述的連接器組件設置在金屬腔體的外側，所述的放大和可調諧器件包括輸入輸出匹配網絡和放大管，其特徵在於輸入輸出匹配網絡包括中間的帶狀傳輸線、集總參數的電容、分布在帶狀傳輸線兩側的帶狀開路短截線和帶狀短路短截線，所述的帶狀傳輸線、 帶狀開路短截線和帶狀短路短截線的結構相同，所述的帶狀傳輸線包括由上往下依次分布的金屬柵層、二氧化矽層和原始高摻雜層；在金屬柵層上加偏置電壓後，所述的原始高摻雜層內形成由上往下分布的溝道反型層、PN結層和後高摻雜層，所述的二氧化矽層和PN結層作為絕緣層，金屬柵層和後高摻雜層作為地，中間的溝道反型層作為傳輸導線。
[0007]所述的輸入輸出匹配網絡包括輸入匹配網絡和輸出匹配網絡，所述的放大管位於所述的輸入匹配網絡和輸出匹配網絡之間，所述的連接器組件包括第一連接器和第二連接器，所述的第一連接器設置在金屬腔體的一側，所述的第二連接器設置在金屬腔體的另一側。
[0008]所述的輸入匹配網絡包括第一帶狀傳輸線、第一集總參數的電容、第一帶狀開路短截線和第一帶狀短路短截線，所述的輸出匹配網絡第二帶狀傳輸線、第二集總參數的電容、第二帶狀開路短截線和第二帶狀短路短截線，所述的第一帶狀傳輸線前端的溝道反型層與第一連接器連接，第一帶狀傳輸線後端的溝道反型層與放大器的柵極連接，第二帶狀傳輸線前端的溝道反型層與放大器的漏極連接，第二帶狀傳輸線後端的溝道反型層與第二連接器連接。
[0009]放大器接在第一帶狀傳輸線的溝道反型層和第二帶狀傳輸線的溝道反型層之間，所述的第一集總參數的電容接在所述的第一帶狀傳輸線的溝道反型層上，所述的第二集總參數的電容接在所述的第二帶狀傳輸線的溝道反型層上。
[0010]所述的放大器的第一源極接地，所述的放大器的第二源極接地。
[0011]所述的第一帶狀開路短截線的一端與第一帶狀傳輸線連接，第一帶狀開路短截線的另一端懸空，所述的第一帶狀開路短截線的長度延伸方向垂直於第一帶狀傳輸線的長度延伸方向，所述的第二帶狀開路短截線與一端與第二帶狀傳輸線連接，第二帶狀開路短截線的另一端懸空，所述的第二帶狀開路短截線的長度延伸方向垂直於第二帶狀傳輸線的長度延伸方向。
[0012]所述的第一帶狀短路短截線的一端與第一帶狀傳輸線連接，所述的第一帶狀短路短截線的另一端溝道反型層接地，所述的第一帶狀短路短截線的長度延伸方向垂直於第一帶狀傳輸線的長度延伸方向，所述的第二帶狀短路短截線與一端與第二帶狀傳輸線連接，所述的第二帶狀短路短截線的另一端溝道反型層接地，所述的第二帶狀短路短截線的長度延伸方向垂直於第二帶狀傳輸線的長度延伸方向。
[0013]與現有技術相比，本發明的優點是射頻放大器工作時，在金屬柵上加偏置電壓，通過改變柵壓，進而改變溝道的傳輸特性，實現輸入和輸出匹配網絡的調諧。普通的射頻放大器輸入和輸出匹配網絡用微帶線和集總參數的電容、電感等器件作為匹配器件，不能實現帶寬的調諧。當前研究最多的是用變容二極體和MEMS加載在開路短截線的終端，用於調諧。變容二極體和MEMS的調諧原理是一樣的，都是改變終端的容抗，用以改變中心頻率。但作為匹配網絡的濾波網絡，它是受諧振單元的中心頻率和諧振單元間的耦合量影響的，僅僅改變中心頻率難以較好的改變帶寬，而且中心頻率改變過大，VSffR (電壓駐波比)等參數也會惡化，所以集總參數改變中心諧振頻率的方法很難實用化。本發明通過改變溝道的尺寸，也就是改變傳輸線的特徵阻抗用於實現放大器的調諧，因為是分布參數，所以中心頻率和帶寬都能夠連續可調。【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的結構圖；
圖2為本發明的帶狀傳輸線的金屬柵加偏置電壓前的結構圖；
圖3為本發明的帶狀傳輸線的金屬柵加偏置電壓後的結構圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0016]一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，包括金屬腔體3、連接器組件和放大和可調諧器件，連接器組件設置在金屬腔體3的外側，放大和可調諧器件包括輸入輸出匹配網絡和放大管，輸入輸出匹配網絡包括中間的帶狀傳輸線、集總參數的電容、分布在帶狀傳輸線兩側的帶狀開路短截線和帶狀短路短截線，帶狀傳輸線、帶狀開路短截線和帶狀短路短截線一體成型且結構相同，帶狀傳輸線包括由上往下依次分布的金屬柵層13、二氧化矽層14和原始高摻雜層15 ;在金屬柵層13上加偏置電壓後，原始高摻雜層15內形成由上往下分布的溝道反型層16、PN結層17和成型後的高摻雜層18，二氧化矽層14和PN結層17作為絕緣層，金屬柵層13和後高摻雜層18作為地，中間的溝道反型層16作為傳輸導線。
[0017]輸入輸出匹配網絡包括輸入匹配網絡和輸出匹配網絡，放大管位於輸入匹配網絡和輸出匹配網絡之間，連接器組件包括第一連接器I和第二連接器2，第一連接器I設置在金屬腔體3的一側，第二連接器2設置在金屬腔體3的另一側。
[0018]輸入匹配網絡包括第一帶狀傳輸線4、第一集總參數的電容5、第一帶狀開路短截線6和第一帶狀短路短截線7，輸出匹配網絡第二帶狀傳輸線8、第二集總參數的電容9、第二帶狀開路短截線10和第二帶狀短路短截線11，第一帶狀傳輸線4前端的溝道反型層16與第一連接器4連接，第一帶狀傳輸線4後端的溝道反型層16與放大器12的柵極121連接，第二帶狀傳輸線8前端的溝道反型層16與放大器12的漏極122連接，第二帶狀傳輸線8後端的溝道反型層16與第二連接器2連接。
[0019]放大器12接在第一帶狀傳輸線4的溝道反型層16和第二帶狀傳輸線8的溝道反型層16之間，第一集總參數的電容5接在第一帶狀傳輸線4的溝道反型層16上，第二集總參數的電容9接在第二帶狀傳輸線8的溝道反型層16上。
[0020]放大器12的第一源極123接地，放大器12的第二源極124接地。
[0021]第一帶狀開路短截線6的一端與第一帶狀傳輸線4連接，第一帶狀開路短截線6的另一端懸空，第一帶狀開路短截線6的長度延伸方向垂直於第一帶狀傳輸線4的長度延伸方向，第二帶狀開路短截線10與一端與第二帶狀傳輸線8連接，第二帶狀開路短截線10的另一端懸空，第二帶狀開路短截線10的長度延伸方向垂直於第二帶狀傳輸線8的長度延伸方向。
[0022]第一帶狀短路短截線7的一端與第一帶狀傳輸線4連接，第一帶狀短路短截線7的另一端溝道反型層16接地161，第一帶狀短路短截線7的長度延伸方向垂直於第一帶狀傳輸線4的長度延伸方向，第二帶狀短路短截線11與一端與第二帶狀傳輸線8連接，第二帶狀短路短截線11的另一端溝道反型層16接地162，第二帶狀短路短截線11的長度延伸方向垂直於第二帶狀傳輸線8的長度延伸方向。
【權利要求】
1.一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，包括金屬腔體、連接器組件和放大和可調諧器件，所述的連接器組件設置在金屬腔體的外側，所述的放大和可調諧器件包括輸入輸出匹配網絡和放大管，其特徵在於輸入輸出匹配網絡包括中間的帶狀傳輸線、集總參數的電容、分布在帶狀傳輸線兩側的帶狀開路短截線和帶狀短路短截線，所述的帶狀傳輸線、帶狀開路短截線和帶狀短路短截線結構相同，所述的帶狀傳輸線包括由上往下依次分布的金屬柵層、二氧化矽層和原始高摻雜層；在金屬柵層上加偏置電壓後，所述的原始高摻雜層內形成由上往下分布的溝道反型層、PN結層和後高摻雜層，所述的二氧化矽層和PN結層作為絕緣層，金屬柵層和後高摻雜層作為地，中間的溝道反型層作為傳輸導線。
2.根據權利要求1所述的一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，其特徵在於所述的輸入輸出匹配網絡包括輸入匹配網絡和輸出匹配網絡，所述的放大管位於所述的輸入匹配網絡和輸出匹配網絡之間，所述的連接器組件包括第一連接器和第二連接器，所述的第一連接器設置在金屬腔體的一側，所述的第二連接器設置在金屬腔體的另一側。
3.根據權利要求2所述的一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，其特徵在於所述的輸入匹配網絡包括第一帶狀傳輸線、第一集總參數的電容、第一帶狀開路短截線和第一帶狀短路短截線，所述的輸出匹配網絡第二帶狀傳輸線、第二集總參數的電容、第二帶狀開路短截線和第二帶狀短路短截線，所述的第一帶狀傳輸線前端的溝道反型層與第一連接器連接，第一帶狀傳輸線後端的溝道反型層與放大器的柵極連接，第二帶狀傳輸線前端的溝道反型層與放大器的漏極連接，第二帶狀傳輸線後端的溝道反型層與第二連接器連接。
4.根據權利要求3所述的一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，其特徵在於放大器接在第一帶狀傳輸線的溝道反型層和第二帶狀傳輸線的溝道反型層之間，所述的第一集總參數的電容接在所述的第一帶狀傳輸線的溝道反型層上，所述的第二集總參數的電容接在所述的第二帶狀傳輸線的溝道反型層上。
5.根據權利要求3所述的一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，其特徵在於所述的放大器的第一源極接地，所述的放大器的第二源極接地。
6.根據權利要求3所述的一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，其特徵在於所述的第一帶狀開路短截線的一端與第一帶狀傳輸線連接，第一帶狀開路短截線的另一端懸空，所述的第一帶狀開路短截線的長度延伸方向垂直於第一帶狀傳輸線的長度延伸方向，所述的第二帶狀開路短截線與一端與第二帶狀傳輸線連接，第二帶狀開路短截線的另一端懸空，所述的第二帶狀開路短截線的長度延伸方向垂直於第二帶狀傳輸線的長度延伸方向。
7.根據權利要求3所述的一種頻率和帶寬可調的射頻放大器，其特徵在於所述的第一帶狀短路短截線的一端與第一帶狀傳輸線連接，所述的第一帶狀短路短截線的另一端溝道反型層接地，所述的第一帶狀短路短截線的長度延伸方向垂直於第一帶狀傳輸線的長度延伸方向，所述的第二帶狀短路短截線與一端與第二帶狀傳輸線連接，所述的第二帶狀短路短截線的另一端溝道反型層接地，所述的第二帶狀短路短截線的長度延伸方向垂直於第二帶狀傳輸線的長度延伸方向。
【文檔編號】H03F3/189GK103825561SQ201410035999
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】張海力, 陳罡, 張羽 申請人:浙江紡織服裝職業技術學院