[发明专利]射频电路结构及具有该电路结构的射频放大器件

说明书

技术领域

本发明涉及射频放大电路和器件，尤其涉及一种射频电路结构，同时还涉及具有该电路结构的射频放大器件。

背景技术

射频放大器件和电路被广泛应用于通信、导航、识别、测控、广播电视、遥感遥测、射电天文、电子对抗等应用的无线电系统，在这些应用中射频放大器件或电路的噪声、增益、功率密度、功率附加效率等指标较为关键；在微波、毫米波的雷达、通信等领域中，相关设备对放大器件、电路的功率附加效率有严格要求，在高效率器件、电路的研究方面，射频电路设计者通常从器件匹配方式、电路拓扑结构等方面出发，而器件、工艺研究者通常从降低器件寄生电阻、寄生电容、降低膝电压、提高击穿电压等方面入手；其次，在射频器件和电路应用中，人们常常用二极管的电流电压非线性进行三极管的预失真，未见研究者将二极管的电容电压非线性用于三极管效率提升，也未见研究者从三极管输入端非线性结电容导致的信号相位扩张和波形畸变对器件功率附加效率产生的影响入手，对三极管、放大器的功率附加效率进行提升的相关方案或产品。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种利用二极管的非线性结电容对三极管输入端的信号相位和波形进行调制，以实现降低器件射频工作电流、提高功率附加效率的射频电路结构，本发明的第二目的是提供一种具有该电路结构的射频放大器件。

技术方案：本发明所述的一种射频电路结构，包括三极管，在三极管的输入端增加反向二极管的并联结构，所述二极管具有非线性结电容，二极管的结方向与三极管输入端的结方向相反。

所述二极管串联有隔直电容，利用隔直电容隔离二极管的直流分量；优选的，所述隔直电容位于二极管近三极管端。

所述二极管为双极型的PN二极管、单极型的肖特基二极管、PIN二极管或者二极管连接形式的三极管。

所述三极管为MESFET、HEMT、PHEMT、BJT、HBT、JFET、HFET或者MOSFET。

构建具有上述任一射频电路结构的射频放大器件。

工作原理：本发明通过在三极管的输入端增加反向二极管的并联结构，利用二极管结电容的非线性对输入端信号相位进行调制，达到降低三极管或电路射频工作电流、提高射频三极管或放大电路功率附加效率的效果。

有益效果：与传统的对器件匹配、电路拓扑、器件工艺进行改进以提高射频放大器件、电路功率附加效率的方法相比，本发明具有技术简单，结构简洁，易于单芯片集成和占用芯片面积小的优势；显著提高了相关应用中射频放大器件或电路的功率附加效率，广泛适用于微波、毫米波放大器件和电路等应用。

附图说明

图1为带二极管补偿结构的GaN HEMT器件拓扑示意图；

图2为三极管输入端无反向肖特基二级管的GaN HEMT器件显微镜成像图；

图3为三极管输入端有反向肖特基二极管的GaN HEMT器件显微镜成像图；

图4为具有二极管相位调制结构的GaN HEMT在最佳效率匹配情况下功率增益、输出功率、动态电流、功率附加效率与注入功率的关系；

图5单管在最佳效率匹配情况下功率增益、输出功率、动态电流、功率附加效率与注入功率的关系示意图；

图6为两种器件在各注入功率下增益和输出功率的对比示意图；

图7为两种器件在各注入功率下动态电流与功率附加效率的对比图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

三极管输入端结电容的非线性产生于其在正向偏置时电子在近结端积累、反向偏置时电子向远结端耗尽的特性，输入端结电容的非线性对注入信号的相位影响较大并导致其栅极电压波形的畸变，结电容的非线性导致三极管输入端电压波形畸变、导通角变大，导致三极管工作电流增大，晶体管或放大电路的功率附加效率降低。本发明在研究三极管输入端非线性结电容与器件功率附加效率的关系的基础上，提出了利用输入端二极管非线性结电容的相位调制作用提高三极管功率附加效率的电路结构。

电路结构：一种输入端有二极管相位调制结构的三极管结构，二极管2的结方向与三极管1输入端的结方向相反，以实现输入端二极管2结电容的非线性对三极管1输入端结电容非线性的补偿；三极管1可以是场效应三极管或双极型晶体管；二极管2可以为双极型的PN二极管，也可以是单极型的肖特基二极管，或其它有非线性结电容的二极管；二极管的尺寸、个数和形状根据实际应用情况对器件或电路面积、可靠性、电性能指标的要求优化选取。