CN203734626U - 一种超宽带功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种超宽带功率放大器，由功率场效应晶体管放大器A1、增益均衡器EQ、中功率场效应管放大器A2、第一GaNHEMT场效应管放大器A3及第二GaNHEMT场效应管放大器A4级联组成，四级放大器及电源布设在同一PCB板上。有源器件全部使用封装晶体管，降低了包装、储存及人员技能方面的特殊要求。组装工艺只使用廉价的PCB烙铁焊接即可，完全不需要使用昂贵的混合微电子工艺。本实用新型克服封装参数的不利影响，提高了放大器的可靠性，减少了可取得的带宽的限制条件。
Description
技术领域
本实用新型涉及放大器，特别涉及一种超宽带功率放大器。
背景技术
超宽带功率放大器通常需要使用单片集成电路或混合微电子工艺来实现。
单片集成电路工艺由于所有有源和无源元件均集成在同一块半导体介质基片上，不存在其它实现工艺不可避免的分布参数，因此在带宽方面具有无可比拟的优势。单片集成电路工艺的缺点是无源电路要占用很多的昂贵半导体基片面积，同时单片电路的开发成本要远远高于其它微波工艺，因此除非是具有批量应用的需求潜力，单片集成电路工艺在成本上是没有优势的，而很多的功率放大器恰恰就是需要量身定做的，不适合采用单片集成电路来实现。
混合微电子工艺的基本做法是有源元件使用未封装的裸管芯，无源电路由薄膜电路加上一些分离无源元件构成，管芯和无源电路同时安装在一块低热膨胀系数的导电金属载板上，导电金属板与管芯和无源电路的结合面是整个放大器电路的地。
混合微电子工艺可以相对容易地实现超宽带、功率放大器电路，但这种工艺的高价格限制了其在价格敏感场合的应用。
首先，薄膜电路的制造成本远远超过微波PCB。
其次，混合微电子工艺需要大量使用导电胶进行粘接或者使用金锡合金进行共晶焊接，导电胶和金锡合金的主体均是贵金属材料，不仅材料价格昂贵，而且需要专业设备，同时要求操作者具有非常专业的技能才能完成。
还有就是元件之间的互联需要大量使用金丝或金带键合工艺，金丝或金带不仅材料价格昂贵，而且需要精密且昂贵的键合设备、同时要求操作者具有非常专业的技能才能完成键合操作。
高昂的材料和人力成本使得基于混合微电子工艺实现的产品价格非常高，只能在成本要求不高的场合使用。
然而在许多对价格敏感应用场合又存在对超宽带、功率放大器的需求，要满足这些场合的应用就必须避免使用混合微电子工艺并开发价格更低的实现方法。
在实现本实用新型过程中，发明人发现使用封装半导体功率管结合微波PCB的电路实现超宽带功率放大器的成本非常低，而且实现方式非常灵活。但该方式还存在的如下缺点：需要克服封装参数的不利影响。这对于器件的选择和匹配电路的仿真设计提出了更高的要求。
发明内容
鉴于此，本实用新型目的在于提供一种超宽带功率放大器，该放大器使用封装半导体功率管结合微波PCB的电路来实现，克服了封装参数的不利影响。
为解决以上技术问题，本实用新型提供的技术方案是，提供一种超宽带功率放大器，由功率场效应晶体管放大器A1、增益均衡器EQ、中功率场效应管放大器A2、第一GaN HEMT场效应管放大器A3及第二GaN HEMT场效应管放大器A4级联组成，四级放大器及电源布设在同一PCB板上。
优选地，所述功率场效应晶体管放大器A1为使用功率场效应晶体管TC2381构成的宽带反馈放大器。
优选地，所述增益均衡器EQ使用桥T型电路，把整个链路的增益平坦度控制在±3dB以内。
优选地，所述中功率场效应管放大器A2为使用中功率场效应管TC2481构成的宽带反馈放大器。
优选地，所述GaN HEMT场效应管放大器为使用GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3构成的宽带功率放大器。
优选地，所述GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3的安装结构为：PCB板上设置有开槽，GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q32安装在该开槽上，PCB板与腔体通过螺钉紧连接；腔体上设置有散热腔，开槽位于散热腔的开口处，热扩散体底面紧贴于散热腔底部，GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q32的源极与散热体电连接，热扩散体同时与GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q32及PCB板开槽周边的背面金属紧连接。
优选地，所述热扩散体为铜块。
优选地，所述PCB板为RO4350B。
优选地，所述PCB板的厚度为0.5mm。
优选地，所述功率场效应晶体管放大器A1输出到均衡器EQ输入之间、均衡器EQ输出到中功率场效应管放大器A2输入之间以及中功率场效应管放大器A2输出到第一GaN HEMT场效应管放大器A3输入之间的端口抗阻为50Ω；第一GaN HEMT场效应管放大器A3输出到第二GaN HEMT场效应管放大器A4输入之间的端口阻抗为25Ω。
与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：
1. 有源器件全部使用封装晶体管，降低了包装、储存及人员技能方面的特殊要求。
2. 组装工艺只使用廉价的PCB烙铁焊接即可，完全不需要使用昂贵的混合微电子工艺。
3. 无源器件全部使用表贴型封装，完全没有使用任何芯片元件。
4. 第1、2放大级使用反馈放大器的实现方式，匹配电路简单，有利于减小整体尺寸。
5. 克服封装参数的不利影响，提高了放大器的可靠性，减少了可取得的带宽的限制条件。
附图说明
图1是本实用新型一较佳实施例的原理框图。
图2是本实用新型一较佳实施例中的功放管安装方式俯视示意图。
图3是图2中A-A剖视图。
图中1腔体、11散热腔、2 GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3、3螺钉、4PCB板、41开槽、5散热体。
具体实施方式
下面结合附图与一个具体实施例进行说明。
参见图1。本实施例所描述的一种0.7至6GHz超宽带功率放大器，由功率场效应晶体管放大器A1、增益均衡器EQ、中功率场效应管放大器A2、第一GaN HEMT场效应管放大器A3及第二GaN HEMT场效应管放大器A4级联组成，四级放大器及电源布设在同一PCB板上。功率场效应晶体管放大器A1输出到均衡器EQ输入之间、均衡器EQ输出到中功率场效应管放大器A2输入之间以及中功率场效应管放大器A2输出到第一GaN HEMT场效应管放大器A3输入之间的端口抗阻为50Ω；第一GaN HEMT场效应管放大器A3输出到第二GaN HEMT场效应管放大器A4输入之间的端口阻抗为25Ω。
上述四级放大器及电源布设在同一PCB板上，PCB板使用厚度为0.5mm的RO4350B。PCB外形按尽量抑制腔体高次模的方式设计，单元电路之间的飞线以尽量减少对腔壁完整性的破坏为准则设计，从而使得盖板的影响非常小，减轻了调试量、提高了产品的性能一致性。
功率场效应晶体管放大器A1为使用功率场效应晶体管TC2381构成的宽带反馈放大器。可同时满足低噪声和线性放大所构成的功率要求，该场效应晶体管使用低寄生参数的Micro-X陶瓷封装，能够满足带宽要求。
增益均衡器EQ使用桥T型电路，把整个链路的增益平坦度控制在±3dB以内。
中功率场效应管放大器A2为使用中功率场效应管TC2481构成的宽带反馈放大器，以获得24dBm以上的P-1，该场效应晶体管使用低寄生参数的Micro-X陶瓷封装，能够满足带宽要求。
第一GaN HEMT场效应管放大器A3及第二GaN HEMT场效应管放大器A4均为使用GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3构成的宽带功率放大器，以获得足够的输出功率和增益，该场效应晶体管使用低寄生参数的陶瓷封装，能够满足带宽要求。厂家给出了GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3的宽带S参数和Load-pull阻抗数据，因此设计时先用Load-pull阻抗数据做为目标阻抗对输出匹配电路进行来进行仿真、优化，然后固定输出匹配电路利用宽带S参数对输入匹配网络进行仿真、优化，所有的电优化均从理想元件开始，最后是场优化以得到调试量最小的结果。GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3采用的是无法兰陶瓷封装，GaN HEMT场效应管封装底面的镀金钨铜块是连接内部管芯的源极，也是管芯的散热通道，因此需要将功放管底面的钨铜块与热扩散体焊接在一起以实现GaN HEMT场效应管源极到微带地之间的电气连接并把GaN HEMT场效应管释放的热通过热扩散体有效扩散到腔体上以降低GaN HEMT场效应管到腔体的总热阻，防止GaN HEMT场效应管结温过高影响长期工作的可靠性。其具体安装结构参见图2和图3：PCB板4上设置有开槽41，GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3 2安装在该开槽上，PCB板4与腔体1通过螺钉3紧连接；腔体1上设置有散热腔11，开槽41位于散热腔11的开口处，热扩散体5底面紧贴于散热腔11底部，GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q32的源极与散热体5电连接，热扩散体5同时与GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q32及PCB板开槽41周边的背面金属紧连接。热扩散体5通常为铜块。与现有技术相比，本实用新型将散热体5的尺寸增大，并大于PCB板上的开槽41，热扩散体5同时与PCB的背面金属和GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3的源极焊接保证了PCB微带地电流IGND的连续性，微地电流IGND得以按最短路径流通，最大限度保证了可以取得的匹配带宽。
PCB板、GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3与热扩散体焊接在一起，PCB板、GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3放置在腔体1上，热扩散体放置在散热腔内，热扩散体5的下表面通过螺钉3的紧固压力与散热腔底面紧密接触从而把热扩散体5的热传导至腔体壁，为了防止PCB板4与腔体1接触存在的应力，PCB板4背面与腔体表面之间必然存在间隙Gap，因此为了防止PCB板4承受过大的翘曲力，PCB板4与腔体1之间的紧固螺钉要足够远离热扩散体5。对于PCB板相对较大的外形尺寸，这一点实现没有困难。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种超宽带功率放大器，其特征在于，由功率场效应晶体管放大器A1、增益均衡器EQ、中功率场效应管放大器A2、第一GaN HEMT场效应管放大器A3及第二GaN HEMT场效应管放大器A4级联组成，四级放大器及电源布设在同一PCB板上。
2.根据权利要求1所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述功率场效应晶体管放大器A1为使用功率场效应晶体管TC2381构成的宽带反馈放大器。
3.根据权利要求1所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述增益均衡器EQ使用桥T型电路，把整个链路的增益平坦度控制在±3dB以内。
4.根据权利要求1所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述中功率场效应管放大器A2为使用中功率场效应管TC2481构成的宽带反馈放大器。
5.根据权利要求1所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述GaN HEMT场效应管放大器为使用GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3构成的宽带功率放大器。
6.根据权利要求5所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3的安装结构为：PCB板（4）上设置有开槽（41），GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3（2）安装在该开槽上，PCB板（4）与腔体（1）通过螺钉（3）紧连接；腔体（1）上设置有散热腔（11），开槽（41）位于散热腔（11）的开口处，热扩散体（5）底面紧贴于散热腔（11）底部，GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3（2）的源极与散热体（5）电连接，热扩散体（5）同时与GaN HEMT场效应管T1G6000528-Q3（2）及PCB板开槽（41）周边的背面金属紧连接。
7.根据权利要求6所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述热扩散体（5）为铜块。
8.根据权利要求1所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述PCB板为RO4350B。
9.根据权利要求8所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述PCB板的厚度为0.5mm。
10.根据权利要求1所述的超宽带功率放大器，其特征在于，所述功率场效应晶体管放大器A1输出到均衡器EQ输入之间、均衡器EQ输出到中功率场效应管放大器A2输入之间以及中功率场效应管放大器A2输出到第一GaN HEMT场效应管放大器A3输入之间的端口抗阻为50Ω；第一GaN HEMT场效应管放大器A3输出到第二GaN HEMT场效应管放大器A4输入之间的端口阻抗为25Ω。
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| CN105187014A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-12-23 | 苏州英诺迅科技股份有限公司 | 一种基于BT基板的GaAs和LDMOS/GaN混合集成微波功率放大器 |
| CN110708027A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-01-17 | 浙江嘉科电子有限公司 | 一种小型化超宽带功率放大模块 |
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