專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和混合微波集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
為了使高頻功率器件獲得高的功率增益和輸出功率，需要增加功率器件的尺寸和級(jí)數(shù)，但是也會(huì)使得功率器件出現(xiàn)高增益、相位不一致性高、寄生效應(yīng)明顯等問(wèn)題，這些問(wèn)題都可能導(dǎo)致各種振蕩，從而直接影響到高頻功率器件的正常工作，甚至導(dǎo)致其燒毀。因此，穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)是高頻功率器件設(shè)計(jì)過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵工藝步驟之一。對(duì)于功率器件而言，要求穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)能夠使功率器件處于絕對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，即仿真時(shí)功率器件的穩(wěn)定因子K全頻段大于1。由于穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)一般都是采用無(wú)源元件組成，如電阻、 電容和電感，這些無(wú)源元件都會(huì)給高頻功率器件帶來(lái)?yè)p耗，從而影響功率器件的功率增益和輸出功率。因此，需要合理設(shè)計(jì)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，使得既能改善功率器件的穩(wěn)定性，又盡量少地影響功率器件的性能。圖1為傳統(tǒng)RC穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(102) 中，包括并聯(lián)的一個(gè)電阻和一個(gè)電容。所述的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(102)串聯(lián)在輸入匹配電路(包括 101,103)中，輸入匹配電路(包括101、103)與功率器件(104)相連，功率器件(104)與輸出匹配電路(10 相連。這樣的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)可以改善管芯的穩(wěn)定性，但是串聯(lián)在輸入匹配電路中的并聯(lián)RC穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)會(huì)參與匹配，從而會(huì)增加功率器件的損耗，降低器件的功率增益和輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有高頻功率器件內(nèi)匹配設(shè)計(jì)過(guò)程中所面臨的穩(wěn)定性不好、穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)損耗大，從而降低器件的功率增益和輸出功率的不足，提供了一種適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)， 該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由第一電感、電阻、第二電感和電容依次串聯(lián)而成，第一電感并聯(lián)在輸入匹配電路中，電容接地，其中第一電感，用于穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配電路之間的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性；電阻，用于改善功率器件的穩(wěn)定性；第二電感，用于電阻和電容的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性；電容，用于改善功率器件的穩(wěn)定性。上述方案中，所述輸入匹配電路由第一單元201和第二單元203串聯(lián)而成，其中
第一單元201，用于功率器件的輸入阻抗匹配；第二單元203，用于功率器件的輸入阻抗匹配，以及功率器件和輸入匹配電路的互聯(lián)。上述方案中，該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于所述第一單元201與所述第二單元203之間。上述方案中，所述第二單元203還連接于功率器件204，該功率器件204用于雷達(dá)、 電子對(duì)抗和無(wú)線通信基站等高頻大功率通信領(lǐng)域。上述方案中，所述功率器件204還連接于輸出匹配電路205，該輸出匹配電路205 用于功率器件的輸出阻抗匹配。上述方案中，該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于輸入匹配電路時(shí)，每個(gè)輸入匹配電路并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。(三)有益效果本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的這種適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，是用來(lái)提高C波段內(nèi)匹配功率器件的穩(wěn)定性，抑制其振蕩，從而能夠正常工作；在保證電路穩(wěn)定性的同時(shí)，減少了穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)匹配功率器件的損耗，從而提高了器件的功率增益和輸出功率；此外，還減少了電阻和電容帶來(lái)的寄生效應(yīng)，改善了高頻功率器件的性能。


圖1為傳統(tǒng)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所應(yīng)用的單個(gè)GaN HEMTs功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所應(yīng)用的單個(gè)GaN HEMTs功率器件的小信號(hào)特性示意圖；圖4為本發(fā)明提供的適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖5為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的功率器件實(shí)物圖；圖6為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的穩(wěn)定因子仿真結(jié)果對(duì)比示意圖；圖7為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的小信號(hào)S21的仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖；圖8為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的GaNHEMTs功率器件的功率特性實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，圖2為本發(fā)明所應(yīng)用的單個(gè)GaN HEMTs功率器件的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖 2中，上、下電極分別是輸入和輸出電極，分別用于連接輸入匹配電路和輸出匹配電路。所述的功率器件采用基于SiC襯底的AWaN/GaN HEMTs微波功率器件。如圖3所示，圖3為本發(fā)明所應(yīng)用的單個(gè)GaN HEMTs功率器件的小信號(hào)特性示意圖。該功率器件在5. 4GHz下的理想功率增益為13. 949dB。采用本發(fā)明所述的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，用于由1只圖2所示的單個(gè)功率器件中，該高頻功率器件由輸入匹配電路和輸出匹配電路匹配至50歐姆。
如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，該適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)即為并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)202，將并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) 202串聯(lián)在GaN HEMTs輸入匹配電路中。該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)202由第一電感、電阻、第二電感和電容依次串聯(lián)而成，第一電感并聯(lián)在輸入匹配電路中，電容接地。其中，第一電感用于穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配電路之間的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性；電阻，用于改善功率器件的穩(wěn)定性；第二電感，用于電阻和電容的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性；電容，用于改善功率器件的穩(wěn)定性。該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于輸入匹配電路時(shí)，每個(gè)輸入匹配電路并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)定網(wǎng)該輸入匹配電路由第一單元201和第二單元203串聯(lián)而成，其中，第一單元201用于功率器件的輸入阻抗匹配，第二單元203用于功率器件的輸入阻抗匹配，以及功率器件和輸入匹配電路的互聯(lián)。該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于所述第一單元201與所述第二單元203之間。 該第二單元203還連接于功率器件204，該功率器件204用于雷達(dá)、電子對(duì)抗和無(wú)線通信基站等高頻大功率通信領(lǐng)域。該功率器件204還連接于輸出匹配電路205，該輸出匹配電路 205用于功率器件的輸出阻抗匹配。將采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)與圖1所示的傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比，可得本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在功率器件的輸入匹配電路中，對(duì)功率器件的阻抗匹配影響較小，因此對(duì)GaN HEMTs功率器件的增益影響較小，從而功率器件可以獲得較高的功率增益和輸出功率；(2)本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對(duì)功率器件的阻抗匹配影響較小，因此可以減少封裝過(guò)程中引入的寄生效應(yīng)，有助于功率器件避免寄生振蕩。如圖5所示，圖5為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的功率器件實(shí)物圖。其中，匹配電路201、203、205、101、103和105制作在陶瓷片襯底上；204禾口 104 為相同的功率器件；穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)202和102中的電阻為采用TaN薄膜電阻工藝制作在陶瓷片襯底上；穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)202和102中的電容為MIM芯片電容，采用共晶工藝焊接在陶瓷片或者管殼上；所有的部件都采用共晶工藝焊接在金屬管殼中。如圖6所示，圖6為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的穩(wěn)定因子仿真結(jié)果對(duì)比示意圖。采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，都能使功率器件的穩(wěn)定因子幾乎全頻段都大于1，即采用兩種穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)都能使功率器件處于絕對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。如圖7所示，圖7為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)功率器件的小信號(hào)S21的仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖。采用兩種穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)功率器件的實(shí)測(cè)結(jié)果都低于仿真結(jié)果，但是采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)得到的小信號(hào)S21實(shí)測(cè)結(jié)果(圖a實(shí)線)，明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)得到的小信號(hào)S21實(shí)測(cè)結(jié)果(圖b實(shí)線)，5. 4GHz下兩者分別為8. 983dB和7. 841dB。其原因在于本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在功率器件的輸入匹配電路中， 對(duì)功率器件的阻抗匹配影響較小，因此對(duì)GaN HEMTs功率器件的增益影響較小，從而功率器件可以獲得較高的功率增益和輸出功率。此外，采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的寄生效應(yīng)也較小。如圖8所示，圖8為采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(a)和傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(b)的GaN HEMTs功率器件的功率特性實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖。功率性能是衡量功率器件的主要指標(biāo)，穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的目的在于使功率器件穩(wěn)定的工作，但同時(shí)不能影響功率器件的其他性能。將采用本發(fā)明穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的兩只GaN HEMTs器件，分別進(jìn)行了功率性能的測(cè)試，測(cè)試條件為5. 4GHz連續(xù)波，工作類(lèi)別都是AB類(lèi)。如圖8所示，采用本發(fā)明的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)得到的功率性能實(shí)測(cè)結(jié)果(圖a)，明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)得到的功率性能實(shí)測(cè)結(jié)果(圖b)。 采用本發(fā)明穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的功率器件能夠獲得較高的功率增益和輸出功率，兩個(gè)功率器件的功率增益分別為9dB和7. 8dB，最大輸出功率分別為37. 2dBm(5. 3W)和36. 5dBm(4. 5W)，最大 PAE分別為55. 7%和38. 1%。兩個(gè)GaN HEMTs功率器件的功率特性實(shí)測(cè)結(jié)果再次驗(yàn)證了采用本發(fā)明所述的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)中，采用將并聯(lián)的RC穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在功率器件的輸入端。這樣的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)可以改善器件的穩(wěn)定性，但是RC穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)會(huì)參與匹配，從而會(huì)增加功率器件的損耗，降低器件的功率增益和輸出功率。本發(fā)明采用將串聯(lián)的LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)在內(nèi)匹配功率器件輸入匹配電路，保證了電路穩(wěn)定性的同時(shí)，減少了穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)匹配功率器件的損耗，從而提高了器件的功率增益和輸出功率。此外，本發(fā)明適用于高頻功率器件的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)還減少了電路的寄生效應(yīng)， 改善了高頻功率器件的性能。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由第一電感、電阻、第二電感和電容依次串聯(lián)而成，第一電感并聯(lián)在輸入匹配電路中，電容接地，其中第一電感，用于穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配電路之間的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性； 電阻，用于改善功率器件的穩(wěn)定性；第二電感，用于電阻和電容的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性； 電容，用于改善功率器件的穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述輸入匹配電路由第一單元O01)和第二單元Q03)串聯(lián)而成，其中第一單元001)，用于功率器件的輸入阻抗匹配；第二單元003)，用于功率器件的輸入阻抗匹配，以及功率器件和輸入匹配電路的互聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于所述第一單元O01)與所述第二單元(203)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述第二單元(203)還連接于功率器件004)，該功率器件(204)用于雷達(dá)、電子對(duì)抗和無(wú)線通信基站等高頻大功率通信領(lǐng)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述功率器件(204)還連接于輸出匹配電路005)，該輸出匹配電路(205)用于功率器件的輸出阻抗匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)于輸入匹配電路時(shí)，每個(gè)輸入匹配電路并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于高頻功率器件的并聯(lián)LCR穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，該穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)由第一電感、電阻、第二電感和電容依次串聯(lián)而成，第一電感并聯(lián)在輸入匹配電路中，電容接地，其中第一電感，用于穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)和輸入匹配電路之間的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性；電阻，用于改善功率器件的穩(wěn)定性；第二電感，用于電阻和電容的互聯(lián)，以及改善功率器件的穩(wěn)定性；電容，用于改善功率器件的穩(wěn)定性。利用本發(fā)明，在保證電路穩(wěn)定性的同時(shí)，減少了穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)匹配功率器件的損耗，改善了高頻功率器件的線性度，從而提高了器件的功率增益和輸出功率。
文檔編號(hào)H03H7/38GK102340290SQ20101023505
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者劉新宇, 羅衛(wèi)軍, 陳曉娟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所