[发明专利]一种高功率单电源内匹配功率管

说明书

本发明提出了一种高功率单电源内匹配功率管，属于基本电子电路的技术领域。本发明采用GaN功率管作为内匹配功率管的管芯，使用单电源供电直流偏置网络实现GaN功率管单电源工作，并在功率管外围偏置电路处加入抑制谐振电路以增加功率管的稳定性。本发明提高了电路的集成度、稳定性，使得高功率的功率管使用更加简单方便。

技术领域

本发明公开了一种高功率单电源内匹配功率管，涉及微波功率放大器，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

大功率固态微波器件是现代电子装备和通讯系统的核心器件，其性能直接决定了电子装备和通讯整机系统的核心性能指标，在电子装备和通讯等领域具有至关重要的意义。电子装备和通讯系统等领域的发展要求工作频带越来越宽，功率越来越大，体积越来越小，同时要有较高的可靠性。功率放大器作为其中的重要组成之一，实现小型化、大功率的功率放大器对整个系统至关重要。

当前，高频功率放大器主要有两种，一种是行波管功率放大器，它有高增益以及高功率输出的优点，缺点是体积庞大以及使用寿命短暂；另一种是采用第二代半导体材料GaAs来设计制造的微波功率放大器，具有高可靠性和小体积的优点，缺点是输出功率低。第三代半导体材料由于本身的电学特性，近年来已经获得广泛的关注和发展，特别是宽禁带GaN HEMT器件具有宽禁带宽度、电子饱和速度和峰值速度大、击穿电场高、热导率高、介电常数小、化学性质稳定、抗辐射能力强等优点，GaN HEMT功率放大器的研究成了当前功率器件研究的最热点。

国外针对GaN微波功率器件的研究已开展多年。特别近几年来，欧美以及日本通过对材料和器件结构的优化使得GaN器件的电性能和可靠性得到不断提高。美国国防先期研究计划局（DARPA）在本世纪初就已经开始推进第三代半导体器件和集成电路的研发工作，并提出了材料、器件、集成电路三阶段的研究计划。目前，国外各大公司产品在L、S波段达到了500-1000W，在C、X波段达到了200-300W，其最高工作电压在50V-65V。

随着电子装备和通讯系统等领域对大功率输出的需求的增长，常用四胞甚至更多胞功率管的推挽式电路构成大功率管来实现大功率输出。此类大功率管属于预匹配功率管，将管芯输入输出做简单的匹配，直接以封装形式输出，在外围匹配。由于芯片的输入阻抗随着栅宽的增大而降低，器件的无载Q值变得很高，馈送电信号的幅度不平衡和相位不平衡的问题越来越严重，直接利用外电路进行一定带宽内的匹配非常困难。因此，需要在管壳内进行匹配，这就是内匹配功率管，将管芯输入输出端口阻抗直接匹配到50欧姆标准微波匹配输出，但是偏置供电电路需在功率管的外围设置。

近年来，系统的集成度越来越高，整机单位需要的通道简化及小型化要求需要器件做得越简单使用越方便越好，很多时候系统中无法提供负电，而正转负电路需要的空间较大，整机单位会提出单电源供电功率器件的需求，一般这种单电源供电功率器件只用于小功率器件，现有的单电源供电功率器件难以满足电子装备及通信领域的高功率输出需求以及高集成度且小型化的需求。本发明旨在提出一种新型的高功率单电源供电的功率管来改善现有单电源供电功率器件的缺陷。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种高功率单电源内匹配功率管，免去了负电供电电路，滤除了低频自激信号，实现了内匹配功率管的高功率输出，节省了整机空间并使得系统使用方便，解决了现有单电源供电功率器件难以满足电子装备及通信领域的高功率输出需求以及高集成度且小型化需求的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本方案提出一种高功率单电源内匹配功率管，既满足系统需要的高功率，又在使用方面只需要正电供电，节省系统空间，且易于调试。

首先，为了达到高功率输出，本发明选用了功率密度大、击穿电场高、热导率高、化学性质稳定、抗辐射能力强等优点GaN HEMT功率管芯，此功率器件能够达到3.5W/mm的功率密度，为实现高功率输出提供了保证。