【技术领域】
:
[0001]本发明涉及一种微波功率器件,尤其涉及一种融合单片集成设计技术与内匹配电路设计技术优点的内匹配功率管。
【背景技术】
:
[0002]大功率固态微波器件是现代电子装备和通讯系统的核心器件,其性能直接决定了固态雷达、电子战和通讯整机系统的核心性能指标,在国防和通讯等领域具有至关重要的意义。电子装备和通讯系统等领域的发展要求通信频带越来越宽,体积越来越小,同时要求有较高的可靠性。功放作为其中的重要模块之一,实现高频、宽带、小型化、高效率、更大功率对整个系统至关重要。
[0003]器件功率的不断提升要求管芯的总栅宽越来越大,从几毫米至30毫米以上,国内研制的已有大于6毫米的管芯。由于芯片的输入阻抗随着栅宽的增大而降低,器件的无载Q值变的很高,馈送电信号的幅度不平衡和相位不平衡的问题越来越严重,直接利用外电路进行一定带宽内的匹配非常困难,因此需要在管壳内进行匹配。内匹配技术是微波功率晶体管实现大功率的必由途径,它在器件的输入和输出端分别设计匹配网络,对其端口阻抗进行变换,使得管芯之间,管芯各部分之间在信号幅度和相位上获得平衡,提升管芯输入和输出阻抗的实部,对参与内匹配的管芯进行功率分配和功率合成。
[0004]第二代半导体材料GaAs具有良好的高频特性,电子迀移率高,禁带宽度大,注入效率较高,具有高可靠性和成熟的工艺,在微波毫米波有着广泛的应用,但是由于GaAs材料在电性能和热性能上的局限,已经越来越不能满足未来系统的需求。GaN基ΙΠ族氮化物材料作为第三代宽禁带半导体的典型代表,在高温、高频、大功率微波器件的研制方面极具发展前途,AlGaN/GaN异质结构击穿电压高,而且能够产生高浓度的二维电子气(2DEG),并且具有很高的电子迀移率,因此能够得到很高的功率输出密度,同时AlGaN/GaN异质结器件能够承受很高的结温,在微波功率应用方面得到了很大的关注,但是制约其发展的是价格过高。AlGaN/GaN HEMT(高电子迀移率晶体管)器件的阻抗比较大,易于在较宽的频率范围内实现匹配,减小了器件的复杂性。
[0005]微波功率器件的主要形式有功率MMIC(单片微波集成电路)、内匹配功率管和功率放大模块三种。功率MMIC具有体积小、带宽宽、一致性高等优势,但研制成本相对较高,更重要的是由于装配对芯片面积的限制、电路的输出匹配损耗大、芯片厚度的减薄有限等原因致使其输出功率受到限制。内匹配功率放大器由于匹配电路制作在陶瓷基片或者砷化镓基片上,相对于功率MMIC而g,功率损耗大大降低,有利于提尚器件的功率附加效率,提尚输出功率,然而内匹配功率放大器的带宽很难做宽,特别是在高频X、Ku波段,由于寄生效应,带宽只能做的更窄。因此需要发明一种方法,结合单片微波集成电路和内匹配电路的优势,实现更高性能的微波功率器件。
【发明内容】
:
[0006]发明目的:为了克服现有技术中单片微波集成电路和内匹配功率管存在的不足,本发明提供一种内匹配功率管,融合单片微波集成电路和内匹配技术的优势,减小功率管的体积,加宽功率管的带宽,提高其一致性,减小功率损耗,提高功率管的功率附加效率,提高输出功率。
[0007]技术方案:本发明所述的一种内匹配功率管,包括输入匹配电路、管芯和输出匹配电路,所述输入匹配电路为集成在GaAs基片上的单片集成电路,所述输出匹配电路为制作在陶瓷基片上的内匹配电路。
[0008]有益效果:本发明相比现有技术,由于所述输入匹配电路采用单片集成电路技术,相对于制作在陶瓷基片上的内匹配电路技术,其面积大大减小,并且具有更宽的带宽,更高的工作频率和较小的寄生参数影响;由于输出匹配电路采用内匹配电路设计技术,相对于单片集成电路技术,其输出功率损耗大大降低,提高了器件的功率附加效率,并且研制成本更低。本发明结合了单片集成电路设计技术与内匹配电路设计技术的优点,提升了内匹配功率管的整体性能,使得内匹配功率管具有更宽的带宽、更高的效率、更高的工作频率、较小的面积、较低的成本,扩展了内匹配功率管的使用范畴,降低装配难度,提高了产品的一致性。
【附图说明】
:
[0009]图1为本发明的电路原理图;
[0010]图2为本发明的版图;
[0011]图3为本发明的功率输出特性测试结果。
【具体实施方式】
:
[0012]下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0013]如图1所示,该内匹配功率管由输入匹配电路、管芯和输出匹配电路构成。输入匹配网络负责将管芯的输入阻抗匹配至50 Ω,输出匹配网络负责将管芯的输出阻抗匹配至50Ω。该内匹配功率管,结合单片集成技术和内匹配电路技术的优点,提升了功率管的整体性能,其中输入匹配电路采用单片集成技术,将匹配元件集成在GaAs基片上,从而减小了功率管的体积,提升了功率管的带宽和一致性,输出匹配电路采用内匹配电路设计技术,将匹配电路制作在陶瓷基片上,提高了器件的功率附加效率,实现大功率输出。
[0014]本实施例中的频率范围需达到2.7GHz?3.5GHz,带宽约为25%,为了达到如此宽的带宽,输入匹配电路采用单片集成技术,将所有输入匹配元件集成在GaAs基片上。输入匹配电路包括两路并联的对称匹配电路,上支路匹配电路和下支路匹配电路,分别将管芯的输出阻抗匹配至100 Ω,并联后等效于将管芯的输出阻抗匹配至50 Ω。