本发明专利技术是微波大功率，低限幅电平的砷化镓（ＧａＡｓ）ＰＩＮ管限幅器单片电路，采用３级结构设计，第１级采用６个相同的ＧａＡｓ?ＰＩＮ二极管的对管结构，其中３个砷化镓ＰＩＮ二极管阴阳极相串联，阳极连接微波信号传输线，阴极连接地，另３个砷化镓ＰＩＮ二极管阴阳极相串联，阴极连接微波信号传输线，阳极连接地；第２级和第３级采用相同的二极管的对管结构，其中１个砷化镓ＰＩＮ二极管阳极连接微波信号传输线，阴极连接地；另１个砷化镓ＰＩＮ二极管阴极连接微波信号传输线，阳极连接地。优点：单片限幅器的信号通过的功率大，泄露电平小。应用方便。可通过３英寸砷化镓ＰＩＮ二极管单片工艺批量生产，一致性好，成本低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种微波大功率、低限幅电平的砷化镓(GaAs)PIN管限幅器单片电路。 采用3英寸GaAs pin 二极管单片工艺，限幅器单片电路具有通过功率大，插入损耗小，应用 频率高，泄露电平低，体积小，使用方便的特点。属于微波单片集成电路领域。
技术介绍
在微波毫米波系统中，为防止接收机的前置低噪声放大器(LNA)被发射的泄露功 率烧毁，需在低噪声放大器前面安置限幅器。见附图1。限幅器通常采用PIN 二极管实现， 通过控制PIN 二极管的工作状态，在小功率微波信号时以较小的差损顺利，而通过高功率 的微波信号时，则被衰减到较低的功率电平，这样可以有效地保护低噪声放大器(LNA)。限幅器电路目前有两种形式，一种是采用分立的硅(Si)材料的PIN 二极管，采用 混合电路的方式完成，其特点是体积大，插入损耗大，工作频带低。另一种是采用砷化镓 (GaAs)集成电路工艺，限幅器单片具有体积小，插入损耗小，应用频率高，使用方便的特点。 但通过的功率小。砷化镓(GaAs)PIN 二极管单片集成电路工艺和通常的砷化镓(GaAs)高电子迁移 率赝配场效应晶体管(PHEMT)单片工艺截然不同，从材料结构到加工的工序和方法都存在 较大的差异。因此在公开发表的文章中，针对GaAsPIN 二极管单片电路工艺介绍十分简单。单片限幅器电路及其加工工艺的设计需要结合电路拓扑结构，材料结构，PIN 二极 管工艺等等，这一切又和具体的GaAs单片加工线密切相关，无法从国内外公开发表的文献 中复制，因此一方面增大了研究的难度，另一方面也说明本专利技术的独特性。目前传统的砷化镓(GaAs)限幅器单片电路，其最大通过功率水平一般是5W，最大 输出限幅电平约17dBm。随着微波系统的发展，要求限幅器通过功率不断增加，限幅电平不 断减小。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种微波大功率、低限幅电平的砷化镓(GaAs)PIN管限幅器单片 电路，其目的旨在通过电路结构的设计，增加了功率容量，减小了限幅电平，满足了系统的 要求。本专利技术的技术解决方案其特征是采用3级结构设计，限幅器单片电路第1级采 用6个砷化镓(GaAs)PIN 二极管的对管结构，其中3个砷化镓(GaAs)PIN 二极管阴阳极相 串联，阳极连接微波信号传输线，阴极连接地，另3个砷化镓(GaAs)PIN 二极管阴阳极相串 联，阴极连接微波信号传输线，阳极连接地；第1级的6个砷化镓(GaAs) PIN 二极管，大小相 同，结构相同；微波信号通过第1级时，当信号电压幅度小于砷化镓(GaAs)PIN 二极管的开 启电压，砷化镓(GaAs)PIN 二极管不工作，接地的并联支路等效于一个并联电容，微波信号 通过；当信号电压幅度大于砷化镓(GaAs)PIN二极管的开启电压，砷化镓(GaAs)PIN二极管 导通，接地的并联支路等效于一个并联小电阻，微波信号通过电阻到地，大大减小了输出的信号功率；限幅器单片电路的第2级和第3级采用相同的二极管的对管结构，其中1个砷化 镓(GaAs)PIN二极管阳极连接微波信号传输线，阴极连接地；另1个砷化镓(GaAs)PIN二极 管阴极连接微波信号传输线，阳极连接地，当微波信号通过第2级和第3级，其工作原理同 上，用于消除功率尖峰，进一步降低限幅电平。本专利技术的限幅器单片电路的设计采用LC的滤波器结构，并联的二极管的结电容 代替LC的滤波器结构中的并联电容，电感利用高阻的微带线替代；为了达到良好的输入、 输出驻波特性，单片中采用了微带线匹配设计，通过CAD优化设计，保证在微波频带内，有 较小的插损和驻波。限幅器的芯片面积小，大小为1. 7mm*0. 78mm,厚lOOum。采用通孔接地，装配时用 导电胶粘接或焊料烧结，压丝只需连接输入和输出端口，应用方便。限幅器的典型参数(IOGHz)插入损耗小于0. 5dB，连续波通过功率大于10w，泄露 电平小于13dBm。在工艺上，建立了 3英寸的GaAs PIN二极管单片集成电路标准工艺，根据PIN二极 管的特点，采用湿法腐蚀技术，完成PIN 二极管的关键工艺加工。借鉴PHEMT的单片工艺， 形成GaAs PIN 二极管单片集成电路标准工艺。首先形成PIN 二极管阳极的金属化，然后湿法腐蚀二极管台面，再形成二极管阴 极的金属化、完成台面隔离，介质保护，接下来进行微带线的光刻、金属化及剥离工艺，最后 是背面通孔及金属化工艺。本专利技术的优点该单片电路一方面满足通讯系统大功率工作条件，有效的保护 LNA，保证系统正常工作。另一方面具有体积小，插入损耗小，泄露功率小的特点。提高系统 集成度，优化性能，降低系统的接收噪声。具体地说信号通过的功率大，限幅器第一级采用 6个PIN 二极管的对管结构，提高了击穿电压，增大了功率容量。目前在IOGHz可以通过连 续波llw。国外的一些产品第一级采用2个PIN 二极管的对管结构，其最大通过的连续波 5w。限幅器的泄露电平小。限幅器采用3级结构，降低了限幅电平。最大限幅电平13dBm。 芯片面积小，只有1. 7mm*0. 78mm。采用通孔接地，只需连接输入和输出端口，应用方便。附图说明附图1是本专利技术在微波通讯系统中的应用示意图。附图2是本专利技术的电路结构示意图附图3是本专利技术采用的GaAs PIN 二极管的纵向结构示意图附图4是本专利技术采用的GaAs PIN 二极管的平面结构示意图附图5是本专利技术的外形结构尺寸图。(单位um)附图6是本专利技术的芯片压丝示意图具体实施例方式对照附图1，其结构是信号编码处理器的信号输出端与功率放大器的信号输入端 相接，功率放大器的信号输出端与环行器的信号输入端相接，环行器的第一信号输出端与 天线的信号输入端相接，环行器的第二信号输出与限幅器的信号输入端相接，限幅器的信 号输出端与低噪声放大器的信号输入端相接，低噪声放大器的信号输出端与信号编码处理4器的信号输入端相接。基带信号经过信号编码处理后，通过发射支路，由功率放大器放大，再经过环形器 后通过天线发射出去。接收信号由天线输入经过环形器进入限幅器，再经低噪放放大后进 入接收处理单元进行解码处理。限幅器单片电路在这种应用方式中的工作模式是发射状 态时，由于环行器的隔离度有限，因此部分信号功率泄露到限幅器的输入端，特别是发射功 率比较大时，限幅器的输入功率就越大。通常低噪声放大器的最大输入功率在17dBm或更 小。因此需要限幅器有较小的限幅电平。在接收状态，接收的信号经环行器到达限幅器，因 为接收信号的功率非常小，因此限幅器电路中的二极管不开启工作，限幅器呈导通态。接收 信号到达低噪声放大器。另外在天线失配等异常情况，发射功率可能直接输入限幅器，因此 限幅器需要大的承受功率能力，才能保护低噪声放大器不损坏。对照附图2，限幅器单片电路采用3级结构设计，限幅器单片电路第一级采用6个 PIN二极管的对管结构，其中3个PIN二极管阴阳极相串联，阳极连接微波信号传输线，阴极 连接地，另3个PIN 二极管阴阳极相串联，阴极连接微波信号传输线，阳极连接地；第1级的 6个Pim 二极管，大小相同，结构相同；微波信号通过第1级时，当信号电压幅度小于PIN二 极管的开启电压，PIN 二极管不工作，接地的并联支路等效于一个并联电容，微波信号通过； 当信号电压幅本文档来自技高网...
【技术保护点】
微波大功率，低限幅电平的砷化镓ＰＩＮ管限幅器单片电路，其特征是采用３级结构设计，限幅器单片电路第１级采用６个砷化镓ＰＩＮ二极管的对管结构，其中３个砷化镓ＰＩＮ二极管阴阳极相串联，阳极连接微波信号传输线，阴极连接地，另３个砷化镓ＰＩＮ二极管阴阳极相串联，阴极连接微波信号传输线，阳极连接地；第１级的６个砷化镓ＰＩＮ二极管，大小相同，结构相同；微波信号通过第１级时，当信号电压幅度小于砷化镓ＰＩＮ二极管的开启电压，砷化镓ＰＩＮ二极管不工作，接地的并联支路等效于一个并联电容，微波信号通过；当信号电压幅度大于砷化镓ＰＩＮ二极管的开启电压，砷化镓ＰＩＮ二极管导通，接地的并联支路等效于一个并联小电阻，微波信号通过电阻到地，大大减小了输出的信号功率；限幅器单片电路的第２级和第３级采用相同的二极管的对管结构，其中１个砷化镓ＰＩＮ二极管阳极连接微波信号传输线，阴极连接地；另１个砷化镓ＰＩＮ二极管阴极连接微波信号传输线，阳极连接地，当微波信号通过第２级和第３级，其工作原理同上，用于消除功率尖峰，进一步降低限幅电平。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新宇，蒋东铭，刘军霞，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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