本發(fā)明涉及MMIC放大器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種覆蓋C-Ku頻段的GaN MMIC放大器。

背景技術(shù)：

寬禁帶氮化鎵（GaN）半導(dǎo)體功率器件具備高溫、大功率、抗輻射等特性，比砷化鎵（GaAs）具有更高的擊穿電壓和更高的電子飽和速度以及更高的輸出功率，其功率密度達(dá)到GaAs的10倍以上，而高的工作電壓還可有效提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。此外SiC襯底具有極好的熱傳導(dǎo)性和耐高溫性能，可以在200℃以上的高溫環(huán)境下工作。因此GaN半導(dǎo)體技術(shù)已成為大功率技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)以及電子系統(tǒng)優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域。

寬帶功率放大器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多種多樣，設(shè)計(jì)時(shí)主要針對(duì)不同電路的具體要求進(jìn)行選擇，原則一是能否滿足主要技術(shù)指標(biāo)，這是最主要和最關(guān)鍵的；二是芯片尺寸的大小，盡可能減小芯片的尺寸；三是所用元器件的工藝可實(shí)現(xiàn)度。GaN HEMT微波晶體管的增益隨頻率的升高而下降，要在整個(gè)頻帶內(nèi)獲得平坦增益，必須設(shè)計(jì)具有正斜率的匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)償。功率單片電路設(shè)計(jì)可根據(jù)電路的增益要求確定放大器的級(jí)數(shù)，根據(jù)輸出功率和增益的要求確定各級(jí)的總柵寬，根據(jù)電路的效率等指標(biāo)確定電路的工作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

寬帶功率放大器一般采用兩種結(jié)構(gòu)：分布放大器（也稱(chēng)行波放大器）和有耗電抗匹配放大器。分布放大器的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)更寬的頻帶、良好的駐波比，缺點(diǎn)是增益較低，輸出功率受工作電壓限制。有耗電抗匹配放大器的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率高，增益高，帶寬可滿足C-Ku頻段工作帶寬要求。

由于GaN在更高的電壓下工作，器件的輸出等效電阻和等效電容與GaAs相比較大，根據(jù)Bode-Fano原則，可以得出，GaN采用常規(guī)的電抗式匹配很難實(shí)現(xiàn)寬頻帶匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種覆蓋C-Ku頻段的GaN MMIC放大器，所述放大器拓寬了匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬，補(bǔ)償了器件隨頻率的增益滾降，增加了級(jí)間隔離度，提升了放大器的穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種覆蓋C-Ku頻段的GaN MMIC放大器，包括多級(jí)放大電路，前級(jí)放大電路與后級(jí)放大電路之間通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，其特征在于：所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括電容C1-C4、電阻R1以及電感L1，所述電容C3的一端為所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，所述電容C3的另一端分為兩路，第一路依次經(jīng)電容C2、電容C1接地，電阻R1與電容C2并聯(lián)，所述電容C1與電容C2的結(jié)點(diǎn)為所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端，第二路依次經(jīng)電感L1以及電容C4后接地。

優(yōu)選的，所述多級(jí)放大電路包括有源放大器件，所述有源放大器件的柵極與柵極之間或柵指與柵指之間的距離從中間向兩端遞減，且本申請(qǐng)的柵極與柵極之間或柵指與柵指之間的距離大于現(xiàn)有技術(shù)中的柵極與柵極之間或柵指與柵指之間的距離，使得柵極與柵極之間的源條或漏條的寬度從中間向兩端遞減，或使得柵指與柵指之間的源條或漏條的寬度從中間向兩端遞減。

優(yōu)選的，所述有源放大器件包括一個(gè)柵極，一個(gè)漏極以及4個(gè)源條，所述柵極包括6個(gè)柵指，所述漏極包括三個(gè)漏條，所述柵指間隔設(shè)置，所述源條間隔的設(shè)置于柵指之間，所述漏條位于源指以外的柵指之間以及柵指的外側(cè)。

優(yōu)選的，所述放大器采用三級(jí)級(jí)聯(lián)放大，每級(jí)之間的推比為1：2：4。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述放大器中的匹配網(wǎng)絡(luò)主要在T型匹配網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上對(duì)原有的C-L-C T型匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，形成串聯(lián)RC和并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)，串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)可以有效的降低器件低端增益，補(bǔ)償器件隨頻率的增益滾降。同時(shí)通過(guò)串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)可以降低匹配網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)，提升帶寬，提高芯片的穩(wěn)定性。并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)主要解決由串聯(lián)C改成RC網(wǎng)絡(luò)后與對(duì)地電感所形成的直流通路。

由于采用梯度式加寬柵-柵間距，降低器件的熱疊加，同時(shí)降低了柵-柵間距加寬對(duì)性能的影響，改善了連續(xù)波的散熱，提高了放大器的連續(xù)波性能和長(zhǎng)期可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1是常規(guī)的帶通電抗式匹配網(wǎng)絡(luò)電路原理圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中所述放大器的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中所述匹配網(wǎng)絡(luò)的電路原理圖；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)中有源放大件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中所述有源放大器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、柵極2、漏極3、源條11、柵指21、漏條4、接地孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種覆蓋C-Ku頻段的GaN MMIC放大器，包括多級(jí)放大電路，前級(jí)放大電路與后級(jí)放大電路之間通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，在本實(shí)施例中，所述放大器采用三級(jí)級(jí)聯(lián)放大，每級(jí)之間的推比為1：2：4。本發(fā)明實(shí)施例主要在T型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上對(duì)原有的C-L-C T型匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，形成串聯(lián)RC和并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有技術(shù)的帶通電抗式匹配網(wǎng)絡(luò)電路原理圖如圖1所示。

本發(fā)明實(shí)施例在圖1結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加電阻R1使其與電容C2并聯(lián)，形成RC有耗匹配網(wǎng)絡(luò)，增加電容C4與電感L1串聯(lián)進(jìn)行直流隔直，具體的匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如附圖3所示。在一二級(jí)放大電路和二三級(jí)放大電路之間的匹配網(wǎng)絡(luò)均采用圖3所示的匹配網(wǎng)絡(luò)。

具體的，如圖3所示，所述匹配網(wǎng)絡(luò)包括電容C1-C4、電阻R1以及電感L1，所述電容C3的一端為所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，所述電容C3的另一端分為兩路，第一路依次經(jīng)電容C2、電容C1接地，電阻R1與電容C2并聯(lián)，所述電容C1與電容C2的結(jié)點(diǎn)為所述匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端，第二路依次經(jīng)電感L1以及電容C4后接地。

串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)可以有效的降低器件低端增益，補(bǔ)償器件隨頻率的增益滾降。同時(shí)通過(guò)串聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)可以降低匹配網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)因數(shù)，提升帶寬，提高芯片的穩(wěn)定性。并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)主要解決由串聯(lián)C改成RC網(wǎng)絡(luò)后與對(duì)地電感所形成的直流通路。

電路設(shè)計(jì)中，針對(duì)連續(xù)波應(yīng)用，必須考慮芯片的散熱問(wèn)題。常規(guī)的有源放大器件結(jié)構(gòu)如附圖4所示，單管芯柵指-柵指間距較小，會(huì)使其在連續(xù)波下管芯結(jié)溫較高，且由于柵指間的熱疊加，使得中間的柵指的溫升最高。為了降低器件在連續(xù)波下結(jié)溫過(guò)高的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例采用如附圖5所示的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所述放大器中的有源放大器件，采用梯度式加寬柵-柵或柵指-柵指間距的方法來(lái)加大器件柵-柵間距或柵指-柵指間距，降低器件的熱疊加，同時(shí)降低了柵-柵間距加寬對(duì)性能的影響。采用附圖5所示的布局結(jié)構(gòu)器件的工作結(jié)溫可有效降低50℃左右，極大的提升了芯片的連續(xù)波性能和長(zhǎng)期可靠性。

具體的，所述有源放大器件的柵極與柵極之間或柵指與柵指之間的距離從中間向兩端遞減，使得柵極與柵極之間的源條或漏條的寬度從中間向兩端遞減，或使得柵指與柵指之間的源條或漏條的寬度從中間向兩端遞減。

更具體的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖5所示，所述有源放大器件包括一個(gè)柵極1，一個(gè)漏極2以及4個(gè)源條3。所述柵極1包括6個(gè)柵指11，所述漏極2包括三個(gè)漏條21，所述柵指11間隔設(shè)置，所述漏條21間隔的設(shè)置于柵指11之間，所述源條3位于漏條21以外的柵指11之間以及柵指11的外側(cè)。需要指出的是，本實(shí)施例中柵指、源條以及漏條的個(gè)數(shù)只是一種舉例，具體使用多少需要根據(jù)器件的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。