CN105262449A - 一种X波段GaN HEMT功率器件直流偏置电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X波段GaN？HEMT功率器件直流偏置电路，该电路包括栅极偏置电路和漏极偏置电路，其中：所述栅极偏置电路包括电容C1、C3，电阻R1及扼流滤波电路K1，用于对X波段GaN？HEMT功率器件提供合适的栅极电压；所述漏极偏置电路包括电容C2、C4，电阻R2及扼流滤波电路K2，用于对X波段GaN？HEMT功率器件提供合适的漏极电压。本发明有效解决了X波段GaN？HEMT功率器件在测试、使用时的直流偏置问题，特别是解决传统直流偏置电路无法获得较宽的工作带宽及较好微波扼流性能的问题。

Description

一种X波段GaN HEMT功率器件直流偏置电路

技术领域

本发明涉及放大器偏置电路，尤其是一种针对X波段GaNHEMT功率器件的直流偏置电路。

背景技术

微波放大器的偏置电路是保证该器件能够正常工作的一个重要因素，它为晶体管正常工作提供必需的偏置电压和偏置电流。微波功率放大器直流偏置电路的理想状态是在直流馈入点获得射频的开路点或短路点，但这只能在点频情况下实现。实际的直流偏置网络是由直流电容和射频偏置电路构成低通滤波电路或射频扼流电路，典型的射频偏置电路由一段1/4λ的高阻线和一个矩形微带电路构成的低阻线构成。随着频率的升高或频带的加宽此种形式的偏置电路便不能获得理想的射频扼流性能，因为随着频率的提高，当矩形微带电路的尺寸大到与λ相比拟的程度时，将激起高次模，另外频带加宽时高阻线长度便会偏离1/4λ。

发明内容

本发明旨在解决GaNHEMT功率器件在测试、使用时的直流偏置问题，特别是解决传统直流偏置电路无法获得较宽的工作带宽及较好微波扼流性能的问题。本发明公开了一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路，该电路包括栅极偏置电路和漏极偏置电路，其中：

所述栅极偏置电路用于对X波段GaNHEMT功率器件提供栅极电压，包括电容C1、C3，电阻R1及扼流滤波电路K1，其栅极电压V_gs与电阻R1的1脚及电容C3的1脚相连，电容C3的2脚与机壳地相连，电阻R1的2脚与扼流滤波电路K1扇形电容相连，扼流滤波电路K1的1/4λ线与电容C1的1脚和X波段GaNHEMT功率器件输入端相连，电容C1的2脚与微波输入信号端相连；

所述漏极偏置电路用于对X波段GaNHEMT功率器件提供漏极电压，包括电容C2、C4，电阻R2及扼流滤波电路K2，其漏极电压V_ds与电阻R2的1脚及扼流滤波电路K2扇形电容相连，电阻R2的2脚与电容C4的1脚相连，电容C4的2脚与机壳地相连，扼流滤波电路K2的1/4λ线与电容C2的1脚和X波段GaNHEMT功率器件输出端相连，电容C2的2脚与微波输出信号端相连。

较佳的，所述扼流滤波电路K1和扼流滤波电路K2均由半径等于1/4λ的扇形和长度等于1/4λ的微带线组成。

较佳的，所述电容C1和电容C2均为隔直电容，用于将加给功率管的电源与功放的输入端口隔开。

较佳的，所述电容C3和电容C4均为去耦电容，用于滤除电源产生的噪声。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明所设计的X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路采用四分之一波长线提供直流偏置，在高频端通直流、阻交流的能力更强，且易于设计，方便集成；

2.在四分之一波长线末端设计两个扇形电容，能够更好的滤除电源杂波，且能够展宽电路的频带；

3.在直流通路采用高频高Q低损电容来阻隔直流信号，在X波段内具有电路插损更小，反射更好，承受的电压更大的特点。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1是本发明提供的一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路原理图；

图2是栅极偏置电路原理图及测试结果；

图3是漏极偏置电路原理图及测试结果；

图4是本发明电路实施例电路。

具体实施方式

以下是结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分的实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

本发明所述X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路包括以下具体的栅极偏置电路和漏极偏置电路，其电路见图1所示。

其中，所述栅极偏置电路用于对X波段GaNHEMT功率器件提供合适的栅极电压，且由电容C1、C3，电阻R1及扼流滤波电路K1组成，扼流滤波电路K1由半径等于1/4λ的扇形和长度等于1/4λ的微带线组成。栅极电压V_gs与电阻R1的1脚、电容C3的1脚相连，电容C3的2脚与机壳地相连，电阻R1的2脚与扼流滤波电路K1扇形电容相连，扼流滤波电路K11/4λ线与电容C1的1脚、X波段GaNHEMT功率器件输入端相连，电容C1的2脚与微波输入信号端相连。上述栅极偏置电路的主要功能是为GaNHEMT功率器件提供一个栅极电压，还具有稳定器件工作状态、电源滤波功能和隔离微波信号功能，同时具有反射系数低、稳定性好、高频能量泄露少及直流电压滤波等功能。

所述漏极偏置电路用于对X波段GaNHEMT功率器件提供合适的漏极电压，且由电容C2、C4，电阻R2及扼流滤波电路K2组成，扼流滤波电路K2由半径等于1/4λ的扇形和长度等于1/4λ的微带线组成。漏极电压V_ds与电阻R2的1脚、扼流滤波电路K2扇形电容相连，电阻R2的2脚与电容C4的1脚相连，电容C4的2脚与机壳地相连，扼流滤波电路K21/4λ线与电容C2的1脚、X波段GaNHEMT功率器件输出端相连，电容C2的2脚与微波输出信号端相连。上述漏极偏置电路的主要功能是为GaNHEMT功率器件提供一个稳定的漏极电压，还具有电源滤波功能和隔离微波信号功能，同时具有反射系数低、稳定性好、直流电压滤波及大电流承受能力等功能。对于大功率器件，由于其漏极电流较大，还应考虑偏置线承受电流能力，以保证可靠性。

本实施例中所述GaNHEMT功率器件，通过退火形成的源极和漏极欧姆接触透过势垒层与下方的二维电子气相接触，通过施加源漏电压VDS，二维电子气沿着沟道输运，形成源漏电流IDS。肖特基接触形成的栅通过控制栅下方势垒层的厚度，耗尽二维电子气，形成栅对沟道的控制能力。当栅极加反向电压时，栅压越大，耗尽层越宽，则中性沟道就越窄，沟道电导变小。在源漏电压一定的情况下，沟通电流变小，即通过栅极电压调控漏极电流的大小。

本发明所述直流偏置电路原理如下：

栅极电压V_gs通过偏置电路进入GaNHEMT功率器件栅极，偏置电路不参与匹配。为了防止主路微波信号通过偏置电路泄露，采用长度为1/4λ的高阻线及扇形微带线作为扼流滤波电路K1，由于栅极电流很小，所以1/4λ的高阻线可以尽量细些，取较高的特征阻抗以提高对主路微波信号泄露的抑制能力；所述扼流滤波电路K1采用1/4λ高阻抗线来代替电感，用扇形电容来代替集总电感元件接地，使其对射频信号的奇次谐波为开路，而对于偶次谐波为短路，阻止X波段内射频信号通过偏置网络泄露，同时将偶次谐波滤除并保留所有的奇次谐波，提高放大器模块的线性度和输出功率；所述微带线扇形电容与普通的矩形结构相比较，其对地能够呈现出很好的低阻抗特性，可以增加滤波带宽，减少高频的耗损，提高射频功率；连接微波主路和高阻线的是栅极电阻R1，起防止自激振荡作用；C1为隔直电容，作用是将加给功率管的电源与功放的输入端口隔开，以免电源短路，具有低损耗和高功率容量的特点；C3为去耦电容，可滤除电源产生的噪声，防止其对电路产生干扰，图2为栅极电路原理图及测试结果。

漏极电压V_ds通过偏置电路进入GaNHEMT功率器件漏极，偏置电路不参与匹配。为防止主路微波信号通过偏置电路泄露，采用长度为1/4λ的高阻线作为射频扼流圈和长度为1/4λ的扇形微带线作为高频旁路。由于漏极电流较大，所以1/4λ的高阻线设计的时候要充分考虑高阻抗线的热阻及功率承载能力，同时对其截止频率进行计算，满足放大器的工作频带小于微带线的截止频率以防止产生高次模。由R2和C4组成的有耗去耦电路能改善放大器的稳定性。C2为隔直电容，作用是将加给功率管的电源与功放的输出端口隔开，以免电源短路，具有低损耗和高功率容量的特点，图3为漏极电路原理图及测试结果。

此外，图4展示了本发明所提供的直流偏置电路的实施例的电路。需要指出的是，微波信号的输入输出端采用SMA连接器进行连接，栅极、漏极电压信号经过电解电容滤波后，由穿芯电容输入到偏置电路。

选用合适介电常数及厚度的微波介质板，分别计算及设置50Ω微带线、栅极1/4波长线、漏极1/4波长线线宽及阻抗；在栅极直流馈电点与1/4波长线之间串联电阻提高栅极稳定；在漏极电路中采用RC网络提高漏极稳定。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路，其特征在于，该电路包括栅极偏置电路和漏极偏置电路，其中：

所述栅极偏置电路用于对X波段GaNHEMT功率器件提供栅极电压，包括电容C1、C3，电阻R1及扼流滤波电路K1，其栅极电压V_gs与电阻R1的1脚及电容C3的1脚相连，电容C3的2脚与机壳地相连，电阻R1的2脚与扼流滤波电路K1扇形电容相连，扼流滤波电路K1的1/4λ线与电容C1的1脚和X波段GaNHEMT功率器件输入端相连，电容C1的2脚与微波输入信号端相连；

所述漏极偏置电路用于对X波段GaNHEMT功率器件提供漏极电压，包括电容C2、C4，电阻R2及扼流滤波电路K2，其漏极电压V_ds与电阻R2的1脚及扼流滤波电路K2扇形电容相连，电阻R2的2脚与电容C4的1脚相连，电容C4的2脚与机壳地相连，扼流滤波电路K2的1/4λ线与电容C2的1脚和X波段GaNHEMT功率器件输出端相连，电容C2的2脚与微波输出信号端相连。

2.根据权利要求书1所述的一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路，其特征在于，所述扼流滤波电路K1和扼流滤波电路K2均由半径等于1/4λ的扇形和长度等于1/4λ的微带线组成。

3.根据权利要求书1所述的一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路，其特征在于，所述电容C1和电容C2均为隔直电容，用于将加给功率管的电源与功放的输入端口隔开。

4.根据权利要求书1所述的一种X波段GaNHEMT功率器件直流偏置电路，其特征在于，所述电容C3和电容C4均为去耦电容，用于滤除电源产生的噪声。