[發(fā)明專利]微波大功率，低限幅電平的砷化鎵PIN管限幅器單片電路

無效

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• 申請日: 2010-08-16
• 公開（公告）號: CN101938259A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳新宇;蔣東銘;劉軍霞
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H03G11/02
• 分類號: H03G11/02
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發(fā)明是一種微波大功率、低限幅電平的砷化鎵(GaAs)PIN管限幅器單片電路。采用3英寸GaAs?pin二極管單片工藝，限幅器單片電路具有通過功率大，插入損耗小，應用頻率高，泄露電平低，體積小，使用方便的特點。屬于微波單片集成電路領域。

背景技術

在微波毫米波系統(tǒng)中，為防止接收機的前置低噪聲放大器(LNA)被發(fā)射的泄露功率燒毀，需在低噪聲放大器前面安置限幅器。見附圖1。限幅器通常采用PIN二極管實現，通過控制PIN二極管的工作狀態(tài)，在小功率微波信號時以較小的差損順利，而通過高功率的微波信號時，則被衰減到較低的功率電平，這樣可以有效地保護低噪聲放大器(LNA)。

限幅器電路目前有兩種形式，一種是采用分立的硅(si)材料的PIN二極管，采用混合電路的方式完成，其特點是體積大，插入損耗大，工作頻帶低。另一種是采用砷化鎵(GaAs)集成電路工藝，限幅器單片具有體積小，插入損耗小，應用頻率高，使用方便的特點。但通過的功率小。

砷化鎵(GaAs)PIN二極管單片集成電路工藝和通常的砷化鎵(GaAs)高電子遷移率贗配場效應晶體管(PHEMT)單片工藝截然不同，從材料結構到加工的工序和方法都存在較大的差異。因此在公開發(fā)表的文章中，針對GaAsPIN二極管單片電路工藝介紹十分簡單。

單片限幅器電路及其加工工藝的設計需要結合電路拓撲結構，材料結構，PIN二極管工藝等等，這一切又和具體的GaAs單片加工線密切相關，無法從國內外公開發(fā)表的文獻中復制，因此一方面增大了研究的難度，另一方面也說明本發(fā)明的獨特性。

目前傳統(tǒng)的砷化鎵(GaAs)限幅器單片電路，其最大通過功率水平一般是5W，最大輸出限幅電平約17dBm。隨著微波系統(tǒng)的發(fā)展，要求限幅器通過功率不斷增加，限幅電平不斷減小。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出的是一種微波大功率、低限幅電平的砷化鎵(GaAs)PIN管限幅器單片電路，其目的旨在通過電路結構的設計，增加了功率容量，減小了限幅電平，滿足了系統(tǒng)的要求。

本發(fā)明的技術解決方案：其特征是采用3級結構設計，限幅器單片電路第1級采用6個砷化鎵(GaAs)PIN二極管的對管結構，其中3個砷化鎵(GaAs)PIN二極管陰陽極相串聯(lián)，陽極連接微波信號傳輸線，陰極連接地，另3個砷化鎵(GaAs)PIN二極管陰陽極相串聯(lián)，陰極連接微波信號傳輸線，陽極連接地；第1級的6個砷化鎵(GaAs)PIN二極管，大小相同，結構相同；微波信號通過第1級時，當信號電壓幅度小于砷化鎵(GaAs)PIN二極管的開啟電壓，砷化鎵(GaAs)PIN二極管不工作，接地的并聯(lián)支路等效于一個并聯(lián)電容，微波信號通過；當信號電壓幅度大于砷化鎵(GaAs)PIN二極管的開啟電壓，砷化鎵(GaAs)PIN二極管導通，接地的并聯(lián)支路等效于一個并聯(lián)小電阻，微波信號通過電阻到地，大大減小了輸出的信號功率；限幅器單片電路的第2級和第3級采用相同的二極管的對管結構，其中1個砷化鎵(GaAs)PIN二極管陽極連接微波信號傳輸線，陰極連接地；另1個砷化鎵(GaAs)PIN二極管陰極連接微波信號傳輸線，陽極連接地，當微波信號通過第2級和第3級，其工作原理同上，用于消除功率尖峰，進一步降低限幅電平。

本發(fā)明的限幅器單片電路的設計采用LC的濾波器結構，并聯(lián)的二極管的結電容代替LC的濾波器結構中的并聯(lián)電容，電感利用高阻的微帶線替代；為了達到良好的輸入、輸出駐波特性，單片中采用了微帶線匹配設計，通過CAD優(yōu)化設計，保證在微波頻帶內，有較小的插損和駐波。

限幅器的芯片面積小，大小為1.7mm*0.78mm，厚100um。采用通孔接地，裝配時用導電膠粘接或焊料燒結，壓絲只需連接輸入和輸出端口，應用方便。

限幅器的典型參數(10GHz)：插入損耗小于0.5dB，連續(xù)波通過功率大于10w，泄露電平小于13dBm。

在工藝上，建立了3英寸的GaAs?PIN二極管單片集成電路標準工藝，根據PIN二極管的特點，采用濕法腐蝕技術，完成PIN二極管的關鍵工藝加工。借鑒PHEMT的單片工藝，形成GaAs?PIN二極管單片集成電路標準工藝。

首先形成PIN二極管陽極的金屬化，然后濕法腐蝕二極管臺面，再形成二極管陰極的金屬化、完成臺面隔離，介質保護，接下來進行微帶線的光刻、金屬化及剝離工藝，最后是背面通孔及金屬化工藝。