[发明专利]一种宽带高效GaN内匹配功率管

说明书

本发明涉及一种新型宽带高效GaN内匹配功率管，其输入、输出均采用多级阻抗变换形式的带通匹配网络，将匹配元件制作在陶瓷基片上；在靠近GaN HEMT管芯栅端位置通过并联一段电感、电容、电阻串联电路到地与GaN HEMT的Cgs串联电阻Rin组成一个并联谐振网络。通过优化使得该网络在基波频带内形成并联谐振，使输入阻抗在较宽的频带内实现效率匹配；同时该网络引入一定损耗，减小了低频增益，有效提高了放大器稳定性，改善驻波，并且扩展了带宽。引入串联电阻Rin，可以提升输入阻抗，阻抗的提升利于对大功率GaN HEMT器件实现宽带阻抗匹配。本发明有效的减小了GaN HEMT器件宽带匹配的实现难度，使得宽带高效GaN功率管的使用愈加广泛。

技术领域

本发明是一种宽带高效GaN内匹配功率管，属于微波功率放大器技术领域。

背景技术

随着雷达和通信等无线系统对前端模块多功能、快反应、抗干扰、高可靠和机动性的要求不断提升，小型化、高效率、宽频带的微波功率放大器成为目前的研究趋势。以Ge、Si为代表的第一代半导体和以GaAs为代表的第二代半导体都已经不能完全满足系统对功率放大器的要求。以GaN为代表的第三代半导体材料具有禁带宽、电子迁移率高、电子饱和速率高、击穿电压高、热导率高、化学稳定性好和抗辐射能力强等特点。高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）功率器件具有工作频率高、功率密度高、击穿电压高、效率高等优点，逐渐成为目前微波功率器件和微波单片集成电路应用的理想器件。

作为新一代固态微波功率器件，GaN HEMT微波功率器件自问世以来就一直受到欧、美、日本等各国的特别关注并得到重点发展，西方各国都将GaN微波功率器件及MMIC电路研究列入一系列优先发展的战略技术计划。特别是近几年来，国外GaN HEMT产品技术的发展更是超出预期，不仅器件的性能水平不断提高，同时器件的工程应用也越来越广泛。2009年发布的国际半导体技术路线图（ITRS-2009）更是进一步明确GaN HEMT将在2013-2017年间在Ka波段以下的功率应用领域替代GaAs。目前美国的Cree、Qorvo、Macom以及日本的Fujitsu等多家公司均有GaN HEMT功率管产品，产品重点针对L、S波段的基站应用，同时也扩展到Ku波段及以下的其他频段。目前除Macom等公司重点发展基于Si衬底的GaN HEMT技术外，其余各家均采用半绝缘SiC衬底。较之Si、GaAs微波功率器件，GaN HEMT其性能优势非常明显。典型的如美国CREE公司产品顶级水平在L波段达到了1000W，在S波段达到了500W，在C、X波段达到了200-300W，其主要最高工作电压在50V-65V。根据Integra公司报道的实验室级高压产品，其在145V工作电压下，工作在P波段的单管可以实现1.1KW的输出。

近年来无线系统的集成度越来越高，功能越来越复杂，但是系统的功耗和体积都在下降，这就对元器件的高效率小型化提出了新的要求。微波功率放大器是系统发射通道的重要组成部分，其功耗通常占据了组件的大部分功耗，单个功率器件高效率输出可以有效减少系统总功耗；功放体积，尤其是末级功放体积通常占据较大的体积，内匹配功放的形式通过采用高介电常数的陶瓷基片有效减少功放电路面积，可以减小系统体积。

发明内容

本发明提出的是一种宽带高效GaN内匹配功率管，其目的在于针对现有技术的不足，提出一种实现单个功率器件在较宽的工作频率内高效输出，内匹配功率器件有效减少了放大器尺寸，满足微波系统实现系统小型化要求的新型宽带高效GaN内匹配功率管。