[发明专利]一种自偏置内匹配功率管

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种采用单电源自偏置结构的提高内匹配功率管性能的自偏

置内匹配功率管，属于半导体技术领域。

背景技术

微波功率器件是卫星通信系统和雷达系统中的重要组成部分，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。通信系统和雷达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。

通信系统和雷达的发展要求微波功率器件的功率不断提升，因此管芯的总栅宽越来越大，芯片的输入阻抗降低，器件的无载Q值变高，直接利用外部电路进行一定带宽内的匹配非常困难，在管壳内进行匹配的内匹配技术和功率单片微波集成电路（MMIC）得到了广泛的应用。MMIC具有带宽宽、体积小、一致性高等优点，但研制成本相对较高，电路输出损耗大，内匹配技术将匹配电路制作在陶瓷基片上，功率损耗大大降低，有利于提高器件的输出功率及功率附加效率。氮化镓（GaN）作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有禁带宽度大，击穿电压高，热导率高、功率密度高等优点，是高温、高频、大功率微波器件的理想材料。同时GaN器件与Si器件、GaAs器件相比具有高阻抗特点，易于在较宽的频段内实现匹配，在通信系统和雷达系统中有着广泛的应用前景。

近年来，很多文章已经报道了L、S、C以及X和Ku波段的GaN内匹配功率放大器，研究重点放在大功率输出及高效率上。这些功率放大器通常采用传统的双电源加电方式，无法在只有一个电源可用的场合使用，且偏置电路的可靠性有待提高。因此需要发明一种方法，采用单电源的加电方式，实现可靠性更高、更稳定、应用更方便的微波功率器件。

发明内容

本发明提出一种自偏置内匹配功率管，其目的为了克服传统的双电源内匹配功率管存在的不足，采用分布式电感和电容实现内匹配，减小功率管的体积；功率管采用单电源供电，只采用一个正电压加电，应用更方便；自偏置电路中的电阻给器件提供瞬态保护，电容可以减弱焊盘负反馈的影响，提高器件的稳定性。

本发明的技术解决方案：一种自偏置内匹配功率管，包括输入匹配电路、P0管芯、输出匹配电路和自偏置电路；所述输入匹配电路负责将所述管芯的输入阻抗匹配至50Ω；所述输出匹配电路负责将所述管芯的输出阻抗匹配至50Ω；所述自偏置电路采用单电源供电，外接漏电压V_d，R_S电阻上的分压Vs与栅极的压差即为Vgs，所述Vgs压差是自偏置电路中的R_S电阻上的Vs分压与自偏置电路的栅极的压差；自偏置电路的源极串联一路并联的RC电路，R_S电阻给器件提供瞬态保护，漏极电流的增加或者减少会自动调整栅极偏压，使器件电流保持不变，C1旁路电容实现极低阻抗，减弱源极焊盘负反馈的影响，P0管芯采用3.6mm GaN HEMT管芯，制作在SiC衬底上。

输入匹配电路采用内匹配电路技术，将匹配电路元件分别制作在陶瓷基片上，采用一级L型匹配电路将管芯的输入阻抗匹配至50Ω，输入匹配电路包括C0电容、L0电感和R0电阻，所述C0电容的一端接20P隔直电容和L0电感的一端，C0电容的另一端接地，所述L0电感的另一端接所述管芯的栅极和R0电阻的一端，R0电阻的另一端接地，输入信号通过20P隔直电容的一端接入。

输出匹配电路采用内匹配电路技术，将匹配电路元件分别制作在陶瓷基片上，采用一级L型匹配电路将管芯的输出阻抗匹配至50Ω；匹配电路包括L1电感、L2电感和C2电容；所述L2电感的一端接漏极电压和1000P旁路电容，L2电感的另一端接管芯的漏极和L1电感的一端，L1电感的另一端接C2电容和80P隔直电容的一端，80P隔直电容的另一端接输出。

自偏置电路在P0管芯的源极串联一路并联的RC电路到地，自偏置电路包括C1电容、R1电阻，C1电容的一端接管芯的源极和R1电阻，C1电容的另一端接地，R1电阻的一端接管芯的源极和C1电容，R1电阻的另一端接地。

C0电容、L0电感采用微带结构，为分布式元件。

R0电阻为薄膜电阻，制作在陶瓷基片上。

C2电容、L1电感、L2电感采用微带结构，为分布式元件。

C1电容为一个MOM电容，采用焊料烧结在所述管芯的正下方。

R1电阻为薄膜电阻，制作在陶瓷基片上。

本发明的优点：相比现有技术，具有以下有益效果：