CN112994621A - 2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新颖的宽带内匹配结构，适用于2‑6GHz频段。本发明的匹配结构应用于内匹配GaN管芯的输出端，在2‑6GHz频段范围内实现80W的输出功率和大于36%的漏极效率，极大提升了现有器件的性能水平。本发明的匹配结构采用短路微带短截线和多节微带线并联的匹配形式，微带线的制作基于成熟的陶瓷基片和陶瓷加工工艺，电路结构之间采用金丝键合工艺。本发明实现方便，成本低。
Description
技术领域
本发明是一种2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，属于超宽带内匹配功率放大器技术领域。
背景技术
GaNHEMT器件具有击穿电压高、率密度大，附加效率高等优点，是各国微波功率器件研究的重点和前沿。2-6GHz宽带大功率功率放大器是GaN器件的一个重要应用频段，广泛应用于电子对抗，电磁兼容和大功率固放等诸多领域。
2-6GHz宽带功放带宽宽，功率大，平坦度要求高，实现难度非常大。现有解决方案用单片来实现该宽带功放，受限于单片的功率容量，输出功率普遍为20-30W。大功率应用时，小功率的单片显示出局限性。未来的宽带设备对输出功率要求越来越高，小功率器件的缺点将越发明显。
发明内容
本发明提出的是一种2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其目的在于针对现有微波技术中小功率器件存在的性能下降、功耗增加、体积庞大、费用高昂、技术复杂等诸多缺点，提供一种性能更优秀的功率放大器解决方案，拥有高性能、低成本、小体积、便利性等诸多优点。
本发明的技术解决方案：2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其结构包括微带短截线短路结构、多段微带线匹配结构和隔直结构，所述微带短截线结构与多段微带线匹配结构相连接，两者共同组成功率合成网络；所述多段微带线匹配结构与隔直结构相连接。
所述微带短截线短路结构由微带线和MOS电容组成，所述多段微带线匹配结构包括多段微带线，所述微带线为介电常数9.9、厚度380um的氧化铝陶瓷基板，表面镀金厚度10um； MOS电容为介电常数85、厚度180um的陶瓷基板，表面镀金厚度10um；微带线与MOS电容之间通过金丝键合工艺相连从而实现射频短路。
所述内匹配结构的电路输入端连接4个GaN管芯，通过键合金丝实现电气连接，电路输出端连接50ohm电路系统，通过键合金丝实现电气连接。
所述GaN管芯为12mmGaN管芯，工作电压28V。
所述多段微带线匹配结构包括四段微带线，1#微带线（2）连接微带短截线短路结构，另一端连接GaN管芯（3）一端，GaN管芯（3）另一端连接2#微带线（4）一端，2#微带线（4）另一端连接3#微带线（5）一端，3#微带线（5）另一端连接4#微带线（6）一端，4#微带线（6）另一端连接隔直结构；每一段微带线之间通过金丝键合工艺实现电气互联。其中，微带短截线短路结构与1#微带线（2）数量各为4个，2#微带线（4）数量为2个，3#微带线（5）与4#微带线（6）数量各为1个。
所述多段微带线的宽度不相同，1#微带线（2）与2#微带线（4）宽度相同或差距小于0.1mm，2#微带线（4）比其他微带线宽，3#微带线（5）、4#微带线（6）形成渐变结构。
所述键合金丝为25um金丝。
所述隔直结构包括陶瓷电容与微带线。
本发明的有益效果：本专利创造性的提出了2-6 GHz大功率内匹配解决方案。充分发挥内匹配器件功率大，效率高，散热优良，工艺简便的优点。本专利配合GaNHEMT管芯能够实现80W的输出功率和大于36%的输出效率。本专利实现的大功率宽带器件将显著提升应用的便捷性和经济性。在超大功率应用时，相较于低功率器件，本专利将简化合成设计，提升合成效果。
附图说明
附图1是应用于2-6GHz频段功率放大器的内匹配输出电路电路图。
附图2是本发明实现的功率放大器输出功率和效率示意图。
图中，P1、P2为输入端，P3是输出端，1为微带短截线短路结构，3为GaN管芯，2,4,5,6为多段微带线匹配结构，7为陶瓷电容。
具体实施方式
本发明提出的2-6GHz输出电路采用微带短截线短路结构和多段微带线相结合形成匹配网络，微带线制作材料选择介电常数9.9，厚度380 um的氧化铝陶瓷基板，表面镀金厚度10um；电容制作材料为介电常数85厚度180um的陶瓷基板，表面镀金厚度10um，到地微带短截线连接80pF MOS电容，MOS电容实现射频短路，电路输入端连接4个12mmGaN管芯，工作电压28V。陶瓷片之间及与GaN管芯、MOS电容之间通过25um金丝键合工艺实现电气互联。该结构既可以实现阻抗匹配，又可以实现功率合成，将管芯的输出阻抗匹配到50ohm，实现80W输出功率。
下面结合附图对本发明技术方案进一步说明：
本发明为一种应用于2-6GHz频段功率放大器的内匹配输出电路。电路输入端匹配4个GaN管芯，输出端接50ohm电路系统。如图1所示，输入端P1、P2分别与GaN管芯的输入端相连，通过键合金丝实现电气连接。P3是电路的输出端，通过键合金丝与50ohm系统实现电气连接。
附图1中所示1为微带短截线短路结构，短截线末端通过金丝键合与MOS电容相连实现射频短路；附图1中所示2,4,5,6为多段微带线匹配结构；附图1中所示3为GaN管芯；附图1中所示7为陶瓷电容，实现隔直效果。
图2是本发明的电路与GaN管芯完成装配后的测试结果。结果表明在2-6GHz范围内，成功的实现了80W的输出功率和36%的漏极效率。
Claims (8)
1.2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是其结构包括微带短截线短路结构、多段微带线匹配结构和隔直结构，所述微带短截线结构与多段微带线匹配结构相连接，两者共同组成功率合成网络；所述多段微带线匹配结构与隔直结构相连接。
2.根据权利要求1所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述微带短截线短路结构由微带线和MOS电容组成，所述多段微带线匹配结构包括多段微带线，所述微带线为介电常数9.9、厚度380um的氧化铝陶瓷基板，表面镀金厚度10um； MOS电容为介电常数85、厚度180um的陶瓷基板，表面镀金厚度10um；微带线与MOS电容之间通过金丝键合工艺相连从而实现射频短路。
3.根据权利要求1所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述内匹配结构的电路输入端连接4个GaN管芯，通过键合金丝实现电气连接，电路输出端连接50ohm电路系统，通过键合金丝实现电气连接。
4.根据权利要求3所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述GaN管芯为12mmGaN管芯，工作电压28V。
5.根据权利要求1所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述多段微带线匹配结构包括四段微带线，1#微带线（2）连接微带短截线短路结构，另一端连接GaN管芯（3）一端，GaN管芯（3）另一端连接2#微带线（4）一端，2#微带线（4）另一端连接3#微带线（5）一端，3#微带线（5）另一端连接4#微带线（6）一端，4#微带线（6）另一端连接隔直结构；每一段微带线之间通过金丝键合工艺实现电气互联,其中，微带短截线短路结构与1#微带线（2）数量各为4个，2#微带线（4）数量为2个，3#微带线（5）与4#微带线（6）数量各为1个。
6.根据权利要求5所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述多段微带线的宽度不相同，1#微带线（2）与2#微带线（4）宽度相同或差距小于0.1mm，2#微带线（4）比其他微带线宽，3#微带线（5）、4#微带线（6）形成渐变结构。
7.根据权利要求2、3或5所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述键合金丝为25um金丝。
8.根据权利要求1所述的2-6 GHz大功率放大器输出内匹配结构，其特征是所述隔直结构包括陶瓷电容与微带线。
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