[发明专利]具有适用于高频大功率器件的稳定网络的匹配电路

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件和混合微波集成电路的技术领域，尤其涉及一种具有适用于高频大功率器件的稳定网络的匹配电路。

背景技术

在高频大功率器件的研制中，需要将多个小尺寸功率器件进行功率合成，以及增加功率放大器的级数，从而增大功率器件的输出功率。随着功率器件的尺寸的不断增大和级数的增加，输出功率自然会不断增大，但是也会使得功率器件出现高增益、相位不一致性高、寄生效应明显等问题，这些问题都可能导致各种振荡，从而直接影响到高频功率器件的正常工作，甚至导致其烧毁。因此，稳定网络是高频功率器件设计过程中必不可少的关键工艺步骤之。

在稳定网络的设计过程中，要求稳定网络能够使功率器件处于绝对稳定状态，即仿真时功率器件的稳定因子K全频段大于1。此外，由于稳定网络一般都是采用无源元件组成，如电阻、电容和电感，这些无源元件都会给高频功率器件带来损耗，从而影响功率器件的功率增益和输出功率。因此，需要合理设计稳定网络，使得既能改善功率器件的稳定性，又能尽量少地影响功率器件的性能。

图1为传统匹配电路的拓扑结构示意图。如图1所示，在传统的匹配电路中，包括50Ω系统101、并联RC稳定网络102、输入匹配电路103和GaN高电子迁移率晶体管的管芯104，所述50Ω系统101和所述输入匹配电路103的输入端相串联，所述输入匹配电路103的输出端和GaN高电子迁移率晶体管104的管芯相连，所述并联RC稳定网络102连接在输入匹配电路103内，并与GaN高电子迁移率晶体管104的管芯串联。采用将并联RC稳定网络串联在管芯的根部。这样的稳定网络可以改善管芯的稳定性，但是并联RC稳定网络会参与匹配，从而会增加功率器件的损耗，降低器件的功率增益和输出功率。

发明内容

本发明针对现有高频功率器件内匹配设计过程中，所面临的稳定性不好、稳定网络损耗大，从而降低器件的功率增益和输出功率的不足，提供了一种具有适用于高频大功率器件的稳定网络的匹配电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有适用于高频大功率器件的稳定网络的匹配电路包括50Ω系统、并联RC稳定网络、输入匹配电路和GaN高电子迁移率晶体管的管芯，所述输入匹配电路的输出端和GaN高电子迁移率晶体管的管芯相连，所述并联RC稳定网络的输入端与所述50Ω系统相串联，其输出端和所述输入匹配电路的输入端相串联。

进一步，所述并联RC稳定网络的个数为一个。

进一步，所述输入匹配电路包括至少两个并联相连的输入匹配电路支路，所述每个输入匹配电路支路包括一个电阻、三个电感和一个电容，其中，两个电感并联后形成的电感组与第三个电感以及电阻相串联，电容一端接地，另一端连接于串联的电感组和第三个电感之间。

进一步，所述并联RC稳定网络的输出端和输入匹配电路中的电阻相连，所述GaN高电子迁移率晶体管的管芯和输入匹配电路中的电感相连。

本发明的有益效果是：本发明具有适用于高频大功率器件的稳定网络的匹配电路是用来提高X波段内匹配功率器件的稳定性，抑制其振荡，从而能够正常工作；在保证电路稳定性的同时，减少了稳定网络对内匹配功率器件的损耗，从而提高了器件的功率增益和输出功率；此外，还简化了高频功率器件的封装过程，减少了电阻和电容的使用数量，以及电路的寄生效应，改善了高频功率器件的性能。

附图说明

图1为传统匹配电路的拓扑结构示意图；

图2为本发明所应用的单个GaN HEMTs功率器件的结构示意图；

图3为本发明所应用的单个GaN HEMTs功率器件的小信号特性示意图；

图4为本发明具有适用于高频大功率器件的稳定网络的匹配电路的拓扑结构示意图；

图5为采用本发明的稳定网络(a)和传统的稳定网络(b)的稳定因子仿真结果对比示意图；

图6为采用本发明的稳定网络(a)和传统的稳定网络(b)的小信号S21仿真结果对比示意图；

图7为采用本发明的稳定网络(a)和传统的稳定网络(b)的小信号S21实测结果对比示意图；

图8为采用本发明的稳定网络(a)和传统的稳定网络(b)的GaN HEMTs功率特性实测结果对比示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。