[發(fā)明專利]一種自偏置內(nèi)匹配功率管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710196137.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107124145A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘世昌;黃丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
• 主分類號(hào): H03F1/56
• 分類號(hào): H03F1/56;H03F1/52;H03F3/193;H03F3/21
• 代理公司: 南京君陶專利商標(biāo)代理有限公司32215
• 代理人: 沈根水

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種采用單電源自偏置結(jié)構(gòu)的提高內(nèi)匹配功率管性能的自偏

置內(nèi)匹配功率管，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微波功率器件是衛(wèi)星通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)中的重要組成部分，其性能直接決定了固態(tài)雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通訊整機(jī)系統(tǒng)的核心性能指標(biāo)，在國(guó)防和通訊等領(lǐng)域具有至關(guān)重要的意義。通信系統(tǒng)和雷達(dá)的發(fā)展要求通信頻帶越來(lái)越寬，體積越來(lái)越小，同時(shí)要求有較高的可靠性。功放作為其中的重要模塊之一，實(shí)現(xiàn)高頻、寬帶、小型化、高效率、更大功率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。

通信系統(tǒng)和雷達(dá)的發(fā)展要求微波功率器件的功率不斷提升，因此管芯的總柵寬越來(lái)越大，芯片的輸入阻抗降低，器件的無(wú)載Q值變高，直接利用外部電路進(jìn)行一定帶寬內(nèi)的匹配非常困難，在管殼內(nèi)進(jìn)行匹配的內(nèi)匹配技術(shù)和功率單片微波集成電路（MMIC）得到了廣泛的應(yīng)用。MMIC具有帶寬寬、體積小、一致性高等優(yōu)點(diǎn)，但研制成本相對(duì)較高，電路輸出損耗大，內(nèi)匹配技術(shù)將匹配電路制作在陶瓷基片上，功率損耗大大降低，有利于提高器件的輸出功率及功率附加效率。氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，具有禁帶寬度大，擊穿電壓高，熱導(dǎo)率高、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，是高溫、高頻、大功率微波器件的理想材料。同時(shí)GaN器件與Si器件、GaAs器件相比具有高阻抗特點(diǎn)，易于在較寬的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)匹配，在通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。

近年來(lái)，很多文章已經(jīng)報(bào)道了L、S、C以及X和Ku波段的GaN內(nèi)匹配功率放大器，研究重點(diǎn)放在大功率輸出及高效率上。這些功率放大器通常采用傳統(tǒng)的雙電源加電方式，無(wú)法在只有一個(gè)電源可用的場(chǎng)合使用，且偏置電路的可靠性有待提高。因此需要發(fā)明一種方法，采用單電源的加電方式，實(shí)現(xiàn)可靠性更高、更穩(wěn)定、應(yīng)用更方便的微波功率器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種自偏置內(nèi)匹配功率管，其目的為了克服傳統(tǒng)的雙電源內(nèi)匹配功率管存在的不足，采用分布式電感和電容實(shí)現(xiàn)內(nèi)匹配，減小功率管的體積；功率管采用單電源供電，只采用一個(gè)正電壓加電，應(yīng)用更方便；自偏置電路中的電阻給器件提供瞬態(tài)保護(hù)，電容可以減弱焊盤負(fù)反饋的影響，提高器件的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種自偏置內(nèi)匹配功率管，包括輸入匹配電路、P0管芯、輸出匹配電路和自偏置電路；所述輸入匹配電路負(fù)責(zé)將所述管芯的輸入阻抗匹配至50Ω；所述輸出匹配電路負(fù)責(zé)將所述管芯的輸出阻抗匹配至50Ω；所述自偏置電路采用單電源供電，外接漏電壓V_d，R_S電阻上的分壓Vs與柵極的壓差即為Vgs，所述Vgs壓差是自偏置電路中的R_S電阻上的Vs分壓與自偏置電路的柵極的壓差；自偏置電路的源極串聯(lián)一路并聯(lián)的RC電路，R_S電阻給器件提供瞬態(tài)保護(hù)，漏極電流的增加或者減少會(huì)自動(dòng)調(diào)整柵極偏壓，使器件電流保持不變，C1旁路電容實(shí)現(xiàn)極低阻抗，減弱源極焊盤負(fù)反饋的影響，P0管芯采用3.6mm GaN HEMT管芯，制作在SiC襯底上。

輸入匹配電路采用內(nèi)匹配電路技術(shù)，將匹配電路元件分別制作在陶瓷基片上，采用一級(jí)L型匹配電路將管芯的輸入阻抗匹配至50Ω，輸入匹配電路包括C0電容、L0電感和R0電阻，所述C0電容的一端接20P隔直電容和L0電感的一端，C0電容的另一端接地，所述L0電感的另一端接所述管芯的柵極和R0電阻的一端，R0電阻的另一端接地，輸入信號(hào)通過(guò)20P隔直電容的一端接入。

輸出匹配電路采用內(nèi)匹配電路技術(shù)，將匹配電路元件分別制作在陶瓷基片上，采用一級(jí)L型匹配電路將管芯的輸出阻抗匹配至50Ω；匹配電路包括L1電感、L2電感和C2電容；所述L2電感的一端接漏極電壓和1000P旁路電容，L2電感的另一端接管芯的漏極和L1電感的一端，L1電感的另一端接C2電容和80P隔直電容的一端，80P隔直電容的另一端接輸出。

自偏置電路在P0管芯的源極串聯(lián)一路并聯(lián)的RC電路到地，自偏置電路包括C1電容、R1電阻，C1電容的一端接管芯的源極和R1電阻，C1電容的另一端接地，R1電阻的一端接管芯的源極和C1電容，R1電阻的另一端接地。

C0電容、L0電感采用微帶結(jié)構(gòu)，為分布式元件。

R0電阻為薄膜電阻，制作在陶瓷基片上。

C2電容、L1電感、L2電感采用微帶結(jié)構(gòu)，為分布式元件。

C1電容為一個(gè)MOM電容，采用焊料燒結(jié)在所述管芯的正下方。

R1電阻為薄膜電阻，制作在陶瓷基片上。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：