GaN多芯片合成的大功率微波器件防振荡宽带匹配电路的制作方法

本发明涉及一种适用于C 波段GaN多芯片合成的微波大功率器件防振荡宽带匹配电路，属于微波器件技术领域。

背景技术：

现代雷达系统对微波功率器件的总体要求是输出功率大、功率密度高、宽工作频带、较高的发射效率、能线性工作以及低成本和高可靠性。输出功率达百瓦级以上的C波段GaN微波大功率器件，一般需要进行多芯片合成。单芯片GaN的输入输出阻抗都比较低，需要进行器件内匹配，来提升器件的输入输出阻抗。由于微型化和低成本的要求，器件一般采用通用的封装管壳进行器件封装，而且器件的输入输出阻抗都匹配到50欧姆。器件内匹配通常的匹配方式是第一级匹配采用集总参数的T型匹配。第二级采用功率分配器和功率合成器的方式匹配到50欧姆。功率分配器和功率合成器除了具有功率分配或合成和阻抗匹配功能外，还需要防止器件内部形成反馈导致的奇模振荡。

技术实现要素：

为解决现有技术可能发生的内部振荡，本发明的目的在于提供一种适用于C 波段GaN多芯片合成的微波大功率器件防振荡宽带匹配电路。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种GaN多芯片合成的大功率微波器件防振荡宽带匹配电路，其特征是，包括封装在封装管壳内依次连接的输入匹配电路、GaN芯片和输出匹配电路；

所述的输入匹配电路分为两级，第一级为T型匹配网络，第二级为N路功率分配器；

所述的输出匹配电路分为两级，第一级为T型匹配网络，第二级为N路功率合成器；

所述T型匹配网络由N个第一串联电感、匹配电容和第二串联电感构成的单元组成；第一串联电感和第二串联电感串联，其共接端经输入匹配电容接地；

所述N路功率分配器包括二级，第一级由一个输入端口导出成两个输出端口，第二级由两个输出端口导出成N个输出端口；

所述N路功率合成器包括二级，第一级由N个输入端口导出成两个输出端口，第二级由两个输出端口导出成一个输出端口。

所述T型匹配网络的阻抗变换Q值设置有一上限。

所述T型匹配网络中的匹配电容旁设有微调电容块；匹配电容和微调电容块通过键合金丝连接。

匹配电容中包括两个并联的匹配电容，两个并联的匹配电容之间设有隔离电阻。

第一串联电感、第二串联电感均由键合金丝实现。

所述N路功率分配器输出端口的相位不一致性控制在5度以内。

所述N路功率分配器的输出端设置有隔离电阻。

GaN芯片数N为不小于4的偶数。

本发明所达到的有益效果：

本发明采用了两级匹配的方式实现宽带匹配。在T型匹配中的电容之间增加了隔离电阻，防止器件发生奇模振荡。功率分配器的传输线比较宽，没有电迁移现象，不会出现长期可靠性问题。功率分配器输出端和功率合成器输入端各金丝键合点的相位不一致性控制在5度以内,保证了器件整体的输出功率和合成效率。在功率分配器的输出端口和功率合成器输入端采用隔离电阻，增加器件各个端口的隔离度和回波损耗，防止器件发生奇模振荡。

附图说明

图1是器件防振荡宽带匹配原理图；

图2是器件的物理实现示意图；

图3是六路功率分配器和功率合成器结构示意图；

图4 是输入、输出匹配电容示意图；

图中附图标记的含义：

1.RF2417SPC-E封装；2. 输入匹配电容；3.GaN芯片；4.输出匹配电容；5.输入端；6. 输出端；7.功率分配器；8.功率合成器；9.键合金丝；

71，72，73 ：隔离电阻；P1，P2，P3，P4, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11, P12: 键合金丝点；

21，22 ：匹配电容；24，25：微调电容块；23: 隔离电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明涉及的一种适用于C 波段GaN多芯片合成的微波大功率器件防振荡宽带匹配电路，包括封装管壳1、输入匹配电路、输出匹配电路以及GaN芯片3；

所述的输入匹配电路分为两级，第一级为T型匹配网络11，第二级为六路功率分配器7；所述功率分配器7同时完成功率分配和阻抗匹配功能。本实施例中以N为六路的电路结构为例进行具体说明，本领域技术人员可以知道，对于N为其他不小于四的偶数值时的电路结构均为同理。

结合图4，第一级T型匹配网络由六个第一串联电感Lin1、输入匹配电容2和第二串联电感Lin2构成的单元组成；第一串联电感Lin1和第二串联电感Lin2串联，其共接端经输入匹配电容2接地。输入匹配电容2中的匹配电容21、22间具有隔离电阻23；第一、第二串联电感Lin1、Lin2均是由键合金丝9实现的。

匹配电容21、22旁设有微调电容块34、35；匹配电容21、22和微调电容块34、35可通过键合金丝连接，调整匹配电容值。

第二级匹配网络匹配到50欧姆由六路功率分配器完成。

六路功率分配器7由二级组成，第一级由一个输入端口导出成两个输出端口，第二级由两个输出端口导出成六个输出端口。

所述的输出匹配电路分为两级，第一级为T型匹配网络12，第二级为六路功率合成器8；所述功率合成器8同时完成功率合成和阻抗匹配功能。

第一级T型匹配网络由六个第一串联电感Lout1、输出匹配电容4和第二串联电感Lout2构成的单元组成；第一串联电感Lout1和第二串联电感Lout2串联，其共接端经输出匹配电容4接地。第一、第二串联电感Lout1、Lout2均是由键合金丝实现的。与图4同理，输出匹配电容4中的匹配电容间具有隔离电阻；匹配电容旁设有微调电容块；匹配电容和微调电容块可通过键合金丝连接，调整匹配电容值。

第二级匹配网络匹配到50欧姆由六路功率合成器完成。

六路功率合成器8由二级组成，第一级由六路输入口导出到两个输出口，第二级由两个输出口导出到一个输出口。

本发明的电路输入信号由输入端5输入，输入端5通过键合金丝9连接到六路功率分配器7的输入端。输入信号由六路功率分配器7等幅度等相位的被分配到功率分配器7的6路输出端。功率分配器7的6路输出端通过键合金丝9和T型匹配网络中的6路输入匹配电容2连接。输入匹配电容2通过键合金丝9连接GaN芯片3的输入端。射频信号由GaN芯片3放大。GaN芯片3的输出端通过键合金丝9连接到T型匹配网络中的输出匹配电容4。输出匹配电容4通过键合金丝9连接输出到六路功率合成器8的输入端。功率合成器8的6路输入信号经功率合成器8在输出端等幅等相合成。功率合成器8输出端再通过键合金丝9连接输出端6。图中 R为隔离电阻。其中6个GaN芯片3之间的栅极和漏极也接有隔离电阻。T型匹配网络中的电感是由键合金丝实现的。

仿真结果证明，T型匹配网络中的并联电容间具有隔离电阻，可以防止器件发生奇模振荡；所述六路功率分配器输出端采用隔离电阻，可以增加器件各个端口的隔离度和回波损耗，防止器件发生奇模振荡。GaN芯片3栅极及漏极之间具有隔离电阻，防止器件发生奇模振荡。

功率分配器采用传输线进行阻抗匹配。传输线比较宽，没有电迁移现象，也不会有长期可靠性问题。

功率分配器的输出端口，也就是如图3中的键合金丝点P1,P2,P3,P4,P5,P6, P7,P8，P9,P10,P11,P12的相位一致性控制在5度以内，以保证器件整体的输出功率和合成效率。

由于器件工作频段比较宽，比如5.3GHz-5.9GHz，GaN芯片的输入、输出阻抗比较低。第一级阻抗变换比不能太大，也就是第一级阻抗变换的Q值是有限制的。比如第一级的阻抗从1欧姆变换到10欧姆，第二级功率分配器再把10欧姆再变换到50欧姆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。本发明技术的原理，对于由四个及以上偶数个芯片组成的器件普遍适用，也应视为本发明的保护范围。