[发明专利]宽带高功率反馈结构放大器

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种具有新型反馈结构的功率放大器（后简称功放）设计。

背景技术

反馈结构常被用于放大器设计以增加带宽，提高线性度等。它还有利于增进输入输出阻抗匹配。通常的反馈结构包括一个电阻和一个隔直电容。它连接晶体管的输入输出，多被用作负反馈。用于低功率电路时，反馈结构常被置于离散电路中的印刷电路板上或者集成电路的衬底上。反馈电阻的额定功率一般很低。

功率放大器中的晶体管常用凸缘架封装，因为这种封装可以使晶体管晶片散热好，而且容易安放在金属支架上。但是这种封装比一般低功率电路使用的封装体积大。如果反馈结构是放在印刷电路板上的，电路布线必须绕过凸缘架封装，所以整个反馈路径很长，从而增加相位延迟，导致高频时负反馈变为正反馈，放大器就会工作不稳定，甚至震荡。

由于硅晶体管中电子移动速度较慢，使用硅晶体管的宽带功放一般最高只能用到1GHz频率。新出现的GaN晶体管能输出很高功率，也可以达到很高频率。如果长反馈路径的反馈结构用在GaN晶体管上，GaN晶体管的在高频时的大增益很容易导致震荡发生。

将轴向电阻架在凸缘架封装的晶体管上可以缩短反馈路径。具体做法是，把一个电容贴在晶体管的一侧，轴向电阻的一脚连接电容，一脚连接晶体管的另一侧。但是这样轴向电阻只能向空气中散热，限制了电路的功率承载能力。为避免这种情况，电阻体积必须增大。增加的电阻长度又会导致更大的相位延迟，限制反馈结构保持负反馈的频率范围，从而限制放大器的稳定工作带宽。

本发明专利提出了一种全新的反馈结构。它使用一种非常紧凑的散热结构，从而使反馈路径长度降到最低，保证宽带功放在很高频率输出大功率时仍保持无条件的稳定。 

发明内容

本发明专利涉及一种具有新型反馈结构的功率放大器。在一种实施例中，该放大器被证实可以在20MHz-2500MHz的超宽带宽内输出超过20W的功率。它结合了一种新型功率晶体管——GaN晶体管——和一种独特的高功率反馈结构的优点。GaN晶体管有很高的击穿电压和比其他传统晶体管大的多的匹配阻抗，很适合用于宽带放大器。使用GaN晶体管，放大器可以在更宽的频带输出更高的功率。本发明专利提供的反馈结构可以大量散热，并且把相位延迟减到最小，从而使GaN晶体管的优点得到充分发挥。该反馈结构包括一个金属桥和一个贴在桥上的功率电阻。此金属桥跨过凸缘架封装的晶体管。桥的两脚都有穿孔，螺丝通过穿孔把金属桥一面贴着晶体管固定在金属支架上。功率电阻放在金属桥的不同表面上，电阻引脚一边连接电路板上的印制线路，另一边连接一个电容。

在一种实施例中，金属桥先固定在晶体管的凸缘架封装上，再固定在金属支架上。电阻上产生的热量通过金属桥和凸缘架封装发散到金属支架上。与电阻直接向空气或电路板散热相比，这种反馈结构的热阻抗大大降低，因而可以承载高功率，适用于非常高功率的放大器系统。

由于反馈路径的相位延迟被降低到最小，通过优化匹配网络，放大器可以在很宽的带宽内稳定工作。本发明专利是第一个稳定的超宽带反馈型GaN放大器。

特殊的结构和材料使得电阻和金属支架间的热阻抗降到最低。在一种实施例中，电阻可以承载大于10瓦的功率。如果增大金属桥面积或者使用具有更好热传导性能的材料作桥，承载功率可以进一步提高。超宽带放大器中反馈电阻要承载很大功率，因此改善反馈电阻的热阻抗性能非常有助于提高放大器系统的功率输出能力。同时，由于电阻是直接架在晶体管上方的，反馈路径达到最小化。这样的结构可以用于工作在几GHz频率的放大器。

反馈放大器的设计不仅可以使用GaN晶体管，本发明专利中的高功率反馈结构还可以配合高性能硅、碳化硅或者GaAs晶体管（如LDMOS或者GaAs MESFET,pHEMT）以及它们的集成电路使用，实现在极宽频带内输出高功率。

多级反馈放大器可以级联以增加放大器的增益。通过优化级联匹配，多级放大器可以在更宽的带宽输出高功率，并且保持无条件稳定。

本发明专利的反馈结构还可以增进放大器的线性度。使用这种高功率反馈结构可以实现线性高功率反馈放大器。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利做进一步说明。

图1是带有凸缘架封装的晶体管结构图。

图2是为反馈电阻散热用的金属桥结构图。

图3是高功率贴片电阻结构图。

图4是加装在晶体管上的反馈结构的透视图。

图5是另一种实施例中加装在晶体管上的反馈结构的透视图。