覆盖C‑Ku频段的GaNMMIC放大器的制作方法

本发明涉及MMIC放大器技术领域，尤其涉及一种覆盖C-Ku频段的GaN MMIC放大器。

背景技术：

宽禁带氮化镓（GaN）半导体功率器件具备高温、大功率、抗辐射等特性，比砷化镓（GaAs）具有更高的击穿电压和更高的电子饱和速度以及更高的输出功率，其功率密度达到GaAs的10倍以上，而高的工作电压还可有效提高整个系统的效率。此外SiC衬底具有极好的热传导性和耐高温性能，可以在200℃以上的高温环境下工作。因此GaN半导体技术已成为大功率技术的必然发展趋势以及电子系统优先发展的领域。

宽带功率放大器电路拓扑结构多种多样，设计时主要针对不同电路的具体要求进行选择，原则一是能否满足主要技术指标，这是最主要和最关键的；二是芯片尺寸的大小，尽可能减小芯片的尺寸；三是所用元器件的工艺可实现度。GaN HEMT微波晶体管的增益随频率的升高而下降，要在整个频带内获得平坦增益，必须设计具有正斜率的匹配网络进行补偿。功率单片电路设计可根据电路的增益要求确定放大器的级数，根据输出功率和增益的要求确定各级的总栅宽，根据电路的效率等指标确定电路的工作点进行优化。

宽带功率放大器一般采用两种结构：分布放大器（也称行波放大器）和有耗电抗匹配放大器。分布放大器的优点是可以实现更宽的频带、良好的驻波比，缺点是增益较低，输出功率受工作电压限制。有耗电抗匹配放大器的优点是输出功率高，增益高，带宽可满足C-Ku频段工作带宽要求。

由于GaN在更高的电压下工作，器件的输出等效电阻和等效电容与GaAs相比较大，根据Bode-Fano原则，可以得出，GaN采用常规的电抗式匹配很难实现宽频带匹配。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种覆盖C-Ku频段的GaN MMIC放大器，所述放大器拓宽了匹配网络的带宽，补偿了器件随频率的增益滚降，增加了级间隔离度，提升了放大器的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种覆盖C-Ku频段的GaN MMIC放大器，包括多级放大电路，前级放大电路与后级放大电路之间通过匹配网络进行连接，其特征在于：所述匹配网络包括电容C1-C4、电阻R1以及电感L1，所述电容C3的一端为所述匹配网络的输入端，所述电容C3的另一端分为两路，第一路依次经电容C2、电容C1接地，电阻R1与电容C2并联，所述电容C1与电容C2的结点为所述匹配网络的输出端，第二路依次经电感L1以及电容C4后接地。

优选的，所述多级放大电路包括有源放大器件，所述有源放大器件的栅极与栅极之间或栅指与栅指之间的距离从中间向两端递减，且本申请的栅极与栅极之间或栅指与栅指之间的距离大于现有技术中的栅极与栅极之间或栅指与栅指之间的距离，使得栅极与栅极之间的源条或漏条的宽度从中间向两端递减，或使得栅指与栅指之间的源条或漏条的宽度从中间向两端递减。

优选的，所述有源放大器件包括一个栅极，一个漏极以及4个源条，所述栅极包括6个栅指，所述漏极包括三个漏条，所述栅指间隔设置，所述源条间隔的设置于栅指之间，所述漏条位于源指以外的栅指之间以及栅指的外侧。

优选的，所述放大器采用三级级联放大，每级之间的推比为1：2：4。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述放大器中的匹配网络主要在T型匹配网络基础上对原有的C-L-C T型匹配网络进行改进，形成串联RC和并联LC网络，串联RC网络可以有效的降低器件低端增益，补偿器件随频率的增益滚降。同时通过串联RC网络可以降低匹配网络的品质因数，提升带宽，提高芯片的稳定性。并联LC网络主要解决由串联C改成RC网络后与对地电感所形成的直流通路。

由于采用梯度式加宽栅-栅间距，降低器件的热叠加，同时降低了栅-栅间距加宽对性能的影响，改善了连续波的散热，提高了放大器的连续波性能和长期可靠性。

附图说明

图1是常规的带通电抗式匹配网络电路原理图；

图2是本发明实施例中所述放大器的电路原理图；

图3是本发明实施例中所述匹配网络的电路原理图；

图4是现有技术中有源放大件的结构示意图；

图5是本发明实施例中所述有源放大器件的结构示意图；

其中：1、栅极2、漏极3、源条11、栅指21、漏条4、接地孔。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图2所示，本发明实施例公开了一种覆盖C-Ku频段的GaN MMIC放大器，包括多级放大电路，前级放大电路与后级放大电路之间通过匹配网络进行连接，在本实施例中，所述放大器采用三级级联放大，每级之间的推比为1：2：4。本发明实施例主要在T型网络基础上对原有的C-L-C T型匹配网络进行改进，形成串联RC和并联LC网络，现有技术的带通电抗式匹配网络电路原理图如图1所示。

本发明实施例在图1结构的基础上增加电阻R1使其与电容C2并联，形成RC有耗匹配网络，增加电容C4与电感L1串联进行直流隔直，具体的匹配网络拓扑结构如附图3所示。在一二级放大电路和二三级放大电路之间的匹配网络均采用图3所示的匹配网络。

具体的，如图3所示，所述匹配网络包括电容C1-C4、电阻R1以及电感L1，所述电容C3的一端为所述匹配网络的输入端，所述电容C3的另一端分为两路，第一路依次经电容C2、电容C1接地，电阻R1与电容C2并联，所述电容C1与电容C2的结点为所述匹配网络的输出端，第二路依次经电感L1以及电容C4后接地。

串联RC网络可以有效的降低器件低端增益，补偿器件随频率的增益滚降。同时通过串联RC网络可以降低匹配网络的品质因数，提升带宽，提高芯片的稳定性。并联LC网络主要解决由串联C改成RC网络后与对地电感所形成的直流通路。

电路设计中，针对连续波应用，必须考虑芯片的散热问题。常规的有源放大器件结构如附图4所示，单管芯栅指-栅指间距较小，会使其在连续波下管芯结温较高，且由于栅指间的热叠加，使得中间的栅指的温升最高。为了降低器件在连续波下结温过高的问题，本发明实施例采用如附图5所示的结构设计所述放大器中的有源放大器件，采用梯度式加宽栅-栅或栅指-栅指间距的方法来加大器件栅-栅间距或栅指-栅指间距，降低器件的热叠加，同时降低了栅-栅间距加宽对性能的影响。采用附图5所示的布局结构器件的工作结温可有效降低50℃左右，极大的提升了芯片的连续波性能和长期可靠性。

具体的，所述有源放大器件的栅极与栅极之间或栅指与栅指之间的距离从中间向两端递减，使得栅极与栅极之间的源条或漏条的宽度从中间向两端递减，或使得栅指与栅指之间的源条或漏条的宽度从中间向两端递减。

更具体的，在本发明的一个实施例中，如图5所示，所述有源放大器件包括一个栅极1，一个漏极2以及4个源条3。所述栅极1包括6个栅指11，所述漏极2包括三个漏条21，所述栅指11间隔设置，所述漏条21间隔的设置于栅指11之间，所述源条3位于漏条21以外的栅指11之间以及栅指11的外侧。需要指出的是，本实施例中栅指、源条以及漏条的个数只是一种举例，具体使用多少需要根据器件的实际情况进行设计。