一種超寬帶功率放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種超寬帶功率放大器，由功率場效應(yīng)晶體管放大器A1、增益均衡器EQ、中功率場效應(yīng)管放大器A2、第一GaNHEMT場效應(yīng)管放大器A3及第二GaNHEMT場效應(yīng)管放大器A4級聯(lián)組成，四級放大器及電源布設(shè)在同一PCB板上。有源器件全部使用封裝晶體管，降低了包裝、儲存及人員技能方面的特殊要求。組裝工藝只使用廉價的PCB烙鐵焊接即可，完全不需要使用昂貴的混合微電子工藝。本實用新型克服封裝參數(shù)的不利影響，提高了放大器的可靠性，減少了可取得的帶寬的限制條件。
【專利說明】一種超寬帶功率放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及放大器，特別涉及一種超寬帶功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]超寬帶功率放大器通常需要使用單片集成電路或混合微電子工藝來實現(xiàn)。
[0003]單片集成電路工藝由于所有有源和無源元件均集成在同一塊半導(dǎo)體介質(zhì)基片上，不存在其它實現(xiàn)工藝不可避免的分布參數(shù)，因此在帶寬方面具有無可比擬的優(yōu)勢。單片集成電路工藝的缺點是無源電路要占用很多的昂貴半導(dǎo)體基片面積，同時單片電路的開發(fā)成本要遠遠高于其它微波工藝，因此除非是具有批量應(yīng)用的需求潛力，單片集成電路工藝在成本上是沒有優(yōu)勢的，而很多的功率放大器恰恰就是需要量身定做的，不適合采用單片集成電路來實現(xiàn)。
[0004]混合微電子工藝的基本做法是有源元件使用未封裝的裸管芯，無源電路由薄膜電路加上一些分離無源元件構(gòu)成，管芯和無源電路同時安裝在一塊低熱膨脹系數(shù)的導(dǎo)電金屬載板上，導(dǎo)電金屬板與管芯和無源電路的結(jié)合面是整個放大器電路的地。
[0005]混合微電子工藝可以相對容易地實現(xiàn)超寬帶、功率放大器電路，但這種工藝的高價格限制了其在價格敏感場合的應(yīng)用。
[0006]首先，薄膜電路的制造成本遠遠超過微波PCB。
[0007]其次，混合微電子工藝需要大量使用導(dǎo)電膠進行粘接或者使用金錫合金進行共晶焊接，導(dǎo)電膠和金錫合金的主體均是貴金屬材料，不僅材料價格昂貴，而且需要專業(yè)設(shè)備，同時要求操作者具有非常專業(yè)的技能才能完成。
[0008]還有就是元件之間的互聯(lián)需要大量使用金絲或金帶鍵合工藝，金絲或金帶不僅材料價格昂貴，而且需要精密且昂貴的鍵合設(shè)備、同時要求操作者具有非常專業(yè)的技能才能完成鍵合操作。
[0009]高昂的材料和人力成本使得基于混合微電子工藝實現(xiàn)的產(chǎn)品價格非常高，只能在成本要求不高的場合使用。
[0010]然而在許多對價格敏感應(yīng)用場合又存在對超寬帶、功率放大器的需求，要滿足這些場合的應(yīng)用就必須避免使用混合微電子工藝并開發(fā)價格更低的實現(xiàn)方法。
[0011]在實現(xiàn)本實用新型過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)使用封裝半導(dǎo)體功率管結(jié)合微波PCB的電路實現(xiàn)超寬帶功率放大器的成本非常低，而且實現(xiàn)方式非常靈活。但該方式還存在的如下缺點:需要克服封裝參數(shù)的不利影響。這對于器件的選擇和匹配電路的仿真設(shè)計提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]鑒于此，本實用新型目的在于提供一種超寬帶功率放大器，該放大器使用封裝半導(dǎo)體功率管結(jié)合微波PCB的電路來實現(xiàn)，克服了封裝參數(shù)的不利影響。
[0013]為解決以上技術(shù)問題，本實用新型提供的技術(shù)方案是，提供一種超寬帶功率放大器，由功率場效應(yīng)晶體管放大器Al、增益均衡器EQ、中功率場效應(yīng)管放大器A2、第一 GaNHEMT場效應(yīng)管放大器A3及第二 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A4級聯(lián)組成，四級放大器及電源布設(shè)在同一 PCB板上。
[0014]優(yōu)選地，所述功率場效應(yīng)晶體管放大器Al為使用功率場效應(yīng)晶體管TC2381構(gòu)成的寬帶反饋放大器。
[0015]優(yōu)選地，所述增益均衡器EQ使用橋T型電路，把整個鏈路的增益平坦度控制在±3dB以內(nèi)。
[0016]優(yōu)選地，所述中功率場效應(yīng)管放大器A2為使用中功率場效應(yīng)管TC2481構(gòu)成的寬帶反饋放大器。
[0017]優(yōu)選地，所述GaN HEMT場效應(yīng)管放大器為使用GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3構(gòu)成的寬帶功率放大器。
[0018]優(yōu)選地，所述GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3的安裝結(jié)構(gòu)為:PCB板上設(shè)置有開槽，GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q32安裝在該開槽上，PCB板與腔體通過螺釘緊連接；腔體上設(shè)置有散熱腔，開槽位于散熱腔的開口處，熱擴散體底面緊貼于散熱腔底部，GaNHEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q32的源極與散熱體電連接，熱擴散體同時與GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q32及PCB板開槽周邊的背面金屬緊連接。
[0019]優(yōu)選地，所述熱擴散體為銅塊。
[0020]優(yōu)選地，所述PCB板為R04350B。
[0021]優(yōu)選地，所述PCB板的厚度為0.5mm。
[0022]優(yōu)選地，所述功率場效應(yīng)晶體管放大器Al輸出到均衡器EQ輸入之間、均衡器EQ輸出到中功率場效應(yīng)管放大器A2輸入之間以及中功率場效應(yīng)管放大器A2輸出到第一 GaNHEMT場效應(yīng)管放大器A3輸入之間的端口抗阻為50 Ω ;第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3輸出到第二 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A4輸入之間的端口阻抗為25 Ω。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案中的一個技術(shù)方案具有如下優(yōu)點:
[0024]1.有源器件全部使用封裝晶體管，降低了包裝、儲存及人員技能方面的特殊要求。
[0025]2.組裝工藝只使用廉價的PCB烙鐵焊接即可，完全不需要使用昂貴的混合微電子工藝。
[0026]3.無源器件全部使用表貼型封裝，完全沒有使用任何芯片元件。
[0027]4.第1、2放大級使用反饋放大器的實現(xiàn)方式，匹配電路簡單，有利于減小整體尺寸。
[0028]5.克服封裝參數(shù)的不利影響，提高了放大器的可靠性，減少了可取得的帶寬的限制條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型一較佳實施例的原理框圖。
[0030]圖2是本實用新型一較佳實施例中的功放管安裝方式俯視示意圖。
[0031]圖3是圖2中A-A剖視圖。
[0032]圖中I腔體、11散熱腔、2 GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528_Q3、3螺釘、4PCB板、41開槽、5散熱體?！揪唧w實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖與一個具體實施例進行說明。
[0034]參見圖1。本實施例所描述的一種0.7至6GHz超寬帶功率放大器，由功率場效應(yīng)晶體管放大器Al、增益均衡器EQ、中功率場效應(yīng)管放大器A2、第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3及第二 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A4級聯(lián)組成，四級放大器及電源布設(shè)在同一 PCB板上。功率場效應(yīng)晶體管放大器Al輸出到均衡器EQ輸入之間、均衡器EQ輸出到中功率場效應(yīng)管放大器A2輸入之間以及中功率場效應(yīng)管放大器A2輸出到第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3輸入之間的端口抗阻為50Ω ;第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3輸出到第二 GaNHEMT場效應(yīng)管放大器A4輸入之間的端口阻抗為25 Ω。
[0035]上述四級放大器及電源布設(shè)在同一 PCB板上，PCB板使用厚度為0.5mm的R04350B。PCB外形按盡量抑制腔體高次模的方式設(shè)計，單元電路之間的飛線以盡量減少對腔壁完整性的破壞為準(zhǔn)則設(shè)計，從而使得蓋板的影響非常小，減輕了調(diào)試量、提高了產(chǎn)品的性能一致性。
[0036]功率場效應(yīng)晶體管放大器Al為使用功率場效應(yīng)晶體管TC2381構(gòu)成的寬帶反饋放大器?？赏瑫r滿足低噪聲和線性放大所構(gòu)成的功率要求，該場效應(yīng)晶體管使用低寄生參數(shù)的Micro-X陶瓷封裝，能夠滿足帶寬要求。
[0037]增益均衡器EQ使用橋T型電路，把整個鏈路的增益平坦度控制在±3dB以內(nèi)。
[0038]中功率場效應(yīng)管放大器A2為使用中功率場效應(yīng)管TC2481構(gòu)成的寬帶反饋放大器，以獲得24dBm以上的P-1，該場效應(yīng)晶體管使用低寄生參數(shù)的Micro-X陶瓷封裝，能夠滿足帶寬要求。
[0039]第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3及第二 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A4均為使用GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3構(gòu)成的寬帶功率放大器，以獲得足夠的輸出功率和增益，該場效應(yīng)晶體管使用低寄生參數(shù)的陶瓷封裝，能夠滿足帶寬要求。廠家給出了 GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3的寬帶S參數(shù)和Load-pull阻抗數(shù)據(jù)，因此設(shè)計時先用Load-pull阻抗數(shù)據(jù)做為目標(biāo)阻抗對輸出匹配電路進行來進行仿真、優(yōu)化，然后固定輸出匹配電路利用寬帶S參數(shù)對輸入匹配網(wǎng)絡(luò)進行仿真、優(yōu)化，所有的電優(yōu)化均從理想元件開始，最后是場優(yōu)化以得到調(diào)試量最小的結(jié)果。GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3采用的是無法蘭陶瓷封裝，GaN HEMT場效應(yīng)管封裝底面的鍍金鎢銅塊是連接內(nèi)部管芯的源極，也是管芯的散熱通道，因此需要將功放管底面的鎢銅塊與熱擴散體焊接在一起以實現(xiàn)GaN HEMT場效應(yīng)管源極到微帶地之間的電氣連接并把GaN HEMT場效應(yīng)管釋放的熱通過熱擴散體有效擴散到腔體上以降低GaN HEMT場效應(yīng)管到腔體的總熱阻，防止GaN HEMT場效應(yīng)管結(jié)溫過高影響長期工作的可靠性。其具體安裝結(jié)構(gòu)參見圖2和圖3 =PCB板4上設(shè)置有開槽41，GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3 2安裝在該開槽上，PCB板4與腔體I通過螺釘3緊連接；腔體I上設(shè)置有散熱腔11，開槽41位于散熱腔11的開口處，熱擴散體5底面緊貼于散熱腔11底部，GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q32的源極與散熱體5電連接，熱擴散體5同時與GaNHEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q32及PCB板開槽41周邊的背面金屬緊連接。熱擴散體5通常為銅塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型將散熱體5的尺寸增大，并大于PCB板上的開槽41，熱擴散體5同時與PCB的背面金屬和GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3的源極焊接保證了 PCB微帶地電流IGND的連續(xù)性，微地電流IGND得以按最短路徑流通，最大限度保證了可以取得的匹配帶寬。
[0040]PCB板、GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3與熱擴散體焊接在一起，PCB板、GaNHEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3放置在腔體I上，熱擴散體放置在散熱腔內(nèi)，熱擴散體5的下表面通過螺釘3的緊固壓力與散熱腔底面緊密接觸從而把熱擴散體5的熱傳導(dǎo)至腔體壁，為了防止PCB板4與腔體I接觸存在的應(yīng)力，PCB板4背面與腔體表面之間必然存在間隙Gap,因此為了防止PCB板4承受過大的翹曲力，PCB板4與腔體I之間的緊固螺釘要足夠遠離熱擴散體5。對于PCB板相對較大的外形尺寸，這一點實現(xiàn)沒有困難。
[0041]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超寬帶功率放大器，其特征在于，由功率場效應(yīng)晶體管放大器Al、增益均衡器EQ、中功率場效應(yīng)管放大器A2、第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3及第二 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A4級聯(lián)組成，四級放大器及電源布設(shè)在同一 PCB板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述功率場效應(yīng)晶體管放大器Al為使用功率場效應(yīng)晶體管TC2381構(gòu)成的寬帶反饋放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述增益均衡器EQ使用橋T型電路，把整個鏈路的增益平坦度控制在±3dB以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述中功率場效應(yīng)管放大器A2為使用中功率場效應(yīng)管TC2481構(gòu)成的寬帶反饋放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述GaNHEMT場效應(yīng)管放大器為使用GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3構(gòu)成的寬帶功率放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述GaNHEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3的安裝結(jié)構(gòu)為:PCB板(4)上設(shè)置有開槽(41)，GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3 (2)安裝在該開槽上，PCB板(4)與腔體(I)通過螺釘(3)緊連接；腔體(I)上設(shè)置有散熱腔(11)，開槽(41)位于散熱腔(11)的開口處，熱擴散體(5 )底面緊貼于散熱腔(11)底部，GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3 (2)的源極與散熱體(5)電連接，熱擴散體(5)同時與GaN HEMT場效應(yīng)管T1G6000528-Q3 (2)及PCB板開槽(41)周邊的背面金屬緊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述熱擴散體(5)為銅塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述PCB板為R04350B。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述PCB板的厚度為0.5mmο
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶功率放大器，其特征在于，所述功率場效應(yīng)晶體管放大器Al輸出到均衡器EQ輸入之間、均衡器EQ輸出到中功率場效應(yīng)管放大器A2輸入之間以及中功率場效應(yīng)管放大器A2輸出到第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3輸入之間的端口抗阻為50 Ω ;第一 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A3輸出到第二 GaN HEMT場效應(yīng)管放大器A4輸入之間的端口阻抗為25 Ω。
【文檔編號】H03F1/42GK203734626SQ201320881225
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】陳家輝, 鐘名慶 申請人:成都玖信科技有限公司