基于插指结构的限幅器芯片的制作方法

1.本发明属于微波功率限幅器电路技术领域，尤其涉及一种基于插指结构的限幅器芯片。

背景技术：

2.在微波前端系统中，低噪放或混频器等电路面对发射端泄漏功率和外界大功率时十分脆弱，限幅器则是保护它们的重要屏障。从工作原理上限幅器可分为吸收式和反射式，吸收式限幅器依靠二极管将注入功率吸收来保证小的输出功率。反射式限幅器的二极管在大信号注入下会导通阻抗变得很小，阻抗变化造成的电路适配将绝大部分功率反射回信号源从而获得限幅能力，二极管只吸收一小部分功率。因此，可以看出无论是吸收式还是反射式限幅器，二极管自身吸收的功率都是引起管芯失效的主要原因。
3.在现有技术中，电路设计人员往往通过加大二极管尺寸来是实现限幅器耐功率能力的提升，但是这种方法会使耐功率能力和小信号性能之间存在矛盾，提高耐功率能力的同时会恶化限幅器小信号能力。并且由于存在趋肤效应，常用结构二极管的动态电流只走电极一侧，从而还极大的限制了电流通过能力，加剧热积累，使耐功率能力降低。因此，如何在不恶化限幅器小信号性能的同时提升限幅器耐功率能力是当前非常迫切的需求。

技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够优化小信号性能的同时提升耐功率的有效性的基于插指结构的限幅器芯片。
5.本发明提出一种基于插指结构的限幅器芯片，包括：衬底、以及设置在所述衬底上的输入端(100)、输出端(200)、插指结构限幅器(300)、和匹配电路(400)；
6.所述输入端(100)、所述输出端(200)和所述插指结构限幅器(300)通过所述匹配电路(400)连接，所述输入端(100)和所述输出端(200)分别连接在所述匹配电路(400)的两端。
7.在其中一个实施例中，所述插指结构限幅器(300)包括至少两级插指结构限幅枝节，各级插指结构限幅枝节包括插值结构二极管。
8.在其中一个实施例中，所述插指结构限幅器(300)包括第一级插指结构限幅枝节(301)、第二级插指结构限幅枝节(302)和第三级插指结构限幅枝节(303)；
9.所述第一级插指结构限幅枝节(301)包括六个插值结构二极管(10)，所述第二级插指结构限幅枝节(302)和所述第三级插指结构限幅枝节(303)均包括两个插值结构二极管(10)。
10.在其中一个实施例中，所述插值结构二极管包括两个阳极和一个阴极，所述阳极的两侧均被阴极包裹。
11.在其中一个实施例中，所述芯片还包括地孔(500)，所述地孔(500)与匹配电路(400)连接。
12.在其中一个实施例中，所述衬底包括砷化镓、碳化硅、硅、蓝宝石、金刚石中任意一种或多种。
13.在其中一个实施例中，所述插指结构限幅器(300)包括反射式限幅器或吸收式限幅器。
14.在其中一个实施例中，所述输入端(100)和输出端(200)为gsg结构。
15.上述基于插指结构的限幅器芯片，通过设计插值结构形式的限幅器芯片，相比于常用结构来说，该结构一方面在在大信号下动态电流传导路径变长，热积累减少，使得注入相同功率时温度更低，从而提升耐功率能力。另一方面在不增加管芯截面积的基础上，减小寄生电阻，使小信号性能得到一定程度优化。
附图说明
16.图1为一个实施例中基于插指结构的限幅器芯片的结构示意图。
17.图2为另一个实施例中基于插指结构的限幅器芯片的结构示意图。
18.图3为另一个实施例中基于插指结构的限幅器芯片的结构示意图。
19.图4为一个实施例中插值结构二极管的结构示意图。
20.图5为一个实施例中常规结构二极管的结构示意图。
21.图6为一个实施例中常用结构与插值结构的限幅器插入损耗曲线示意图。
22.图7为一个实施例中常用结构与插值结构的限幅器输入驻波曲线示意图。
23.图8为一个实施例中常用结构与插值结构的限幅器输出驻波曲线示意图。
24.图9为一个实施例中常用结构与插值结构的限幅器泄漏电平曲线示意图。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.在一个实施例中，如图1所示，提供一种基于插指结构的限幅器芯片的结构示意图，包括：衬底(图未示)，以及设置在衬底上的输入端(100)、输出端(200)、插值结构限幅器(300)和匹配电路(400)。
27.具体的，参考图1，输入端(100)、输出端(200)和插值结构限幅器(300)通过匹配电路(400)连接，输入端(100)和输出端(200)分别连接在匹配电路(400)的两端。其中，本实施例中的插值结构限幅器(300)是指有插值结构二极管所构成的限幅器，可以包括多级插指结构限幅枝节，各级插指结构限幅枝节由插值结构二极管组成，插指结构限幅枝节的数量和插值结构二极管的数量可根据输入功率和工作带宽进行调整。匹配电路(400)由一定数量微带线串联组成，根据工作频率和带宽可调整相应阻抗值以及匹配结构。
28.本实施例中，通过设计插值结构形式的限幅器芯片，相比于常用结构来说，该结构一方面在在大信号下动态电流传导路径变长，热积累减少，使得注入相同功率时温度更低，从而提升耐功率能力。另一方面在不增加管芯截面积的基础上，减小寄生电阻，使小信号性能得到一定程度优化。
29.在一个实施例中，插值结构限幅器(300)包括至少两级插指结构限幅枝节，图1所
示为包括三级插值结构限幅枝节。具体的，各级插指结构限幅枝节由插值结构二极管组成，具体数量根据实际输入功率和工作带宽进行调整。在本实施例中，当存在多级插指结构限幅枝节的情况下，其中一级插指结构限幅枝节的插值结构二极管数量优选6个，其他级插指结构限幅枝节的插值结构二极管数量优选2个。其中，插值二极管中的阳极和阴极指数可以根据实际需求设定，例如可为2、3、4、5
……
n(n为无穷大)。
30.在一个实施例中，如图2所示，提供另一种基于插值结构的限幅器芯片的结构示意图。参考图2，本实施例中插指结构限幅器(300)包括第一级插指结构限幅枝节(301)、第二级插指结构限幅枝节(302)和第三级插指结构限幅枝节(303)。第一级插指结构限幅枝节(301)包括六个插值结构二极管(10)，第二级插指结构限幅枝节(302)和第三级插指结构限幅枝节(303)均分别包括两个插值结构二极管(10)。另外，图2所示的匹配电路(400)由微带线(401)、微带线(402)、微带线(403)和微带线(404)组成。
31.在一个实施例中，如图3所示，提供另一种基于插值结构的限幅器芯片的结构示意图，本实施例中基于插指结构的限幅器芯片还包括地孔(500)，地孔(500)通过微带线(405)与匹配电路(400)连接，可以理解为，本实施例中的匹配电路由微带线(401)、微带线(402)、微带线(403)、微带线(404)和微带线(405)串联组成，通过该些微带线将输入端(100)、输出端(200)、第一级插指结构限幅枝节(301)、第二级插指结构限幅枝节(302)、第三级插指结构限幅枝节(303)和地孔(500)连接。
32.在一个实施例中，如图4所示，提供一种插值结构二极管的结构示意图。具体的，参考图4，本实施例插值结构二极管(10)包括两个阳极(13)(14)和一个阴极(15)，也可称为阳极有两指(13)和(14)。其中，阳极(13)和阳极(14)被阴极(15)包裹。w1和w2是两个阳极(13)(14)的宽度，l1和l2是两个阳极(13)(14)的长度。二极管的长度、宽度以及形状可以根据实际设计需求进行调整，在此不作限定。
33.本实施例中，插值结构形式的二极管相比于常规结构的二极管(常规结构二极管参考图5所示)来说，缓和了耐功率能力和小信号性能之间的矛盾，在提升耐功率能力的同时还能改善小信号性能。
34.在一个实施例中，衬底包括砷化镓、碳化硅、硅、蓝宝石、金刚石中任意一种或多种，即，衬底可以是砷化镓、碳化硅、硅、蓝宝石、金刚石中任意一种或多种材料组成。
35.在一个实施例中，插值结构限幅器(300)可以是反射式限幅器，也可以是吸收式限幅器。
36.在一个实施例中，输入端(100)和输出端(200)为gsg结构。
37.在一个实施例中，为了验证本发明实现了优化小信号性能的同时能够提升耐功率的有效性，本实施例进一步做了对比试验。
38.具体的，试验对比结果如图6-9所示，图6提供了常用结构与插值结构的限幅器插入损耗曲线示意图，图7提供了常用结构与插值结构的限幅器输入驻波曲线示意图，图8提供了常用结构与插值结构的限幅器输出驻波曲线示意图，图9提供了常用结构与插值结构的限幅器泄漏电平曲线示意图。可以明显看出，使用插值结构二极管的限幅器芯片的插损比使用常用结构二极管的小0.1db，输入输出驻波降低0.1-0.2，限幅电平降低0.5db左右，同时对它们进行耐功率实验发现，使用插指结构二极管限幅器芯片的耐功率能力提升了2db。因此，基于实验结构可见本发明采用插指结构二极管的限幅器芯片相比常用结构二极
管来说，能够实现在优化小信号性能的同时还提升耐功率能力。
39.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
40.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.一种基于插指结构的限幅器芯片，其特征在于，包括：衬底、以及设置在所述衬底上的输入端(100)、输出端(200)、插指结构限幅器(300)、和匹配电路(400)；所述输入端(100)、所述输出端(200)和所述插指结构限幅器(300)通过所述匹配电路(400)连接，所述输入端(100)和所述输出端(200)分别连接在所述匹配电路(400)的两端。2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述插指结构限幅器(300)包括至少两级插指结构限幅枝节，各级插指结构限幅枝节包括插值结构二极管。3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述插指结构限幅器(300)包括第一级插指结构限幅枝节(301)、第二级插指结构限幅枝节(302)和第三级插指结构限幅枝节(303)；所述第一级插指结构限幅枝节(301)包括六个插值结构二极管(10)，所述第二级插指结构限幅枝节(302)和所述第三级插指结构限幅枝节(303)均包括两个插值结构二极管(10)。4.根据权利要求2或3所述的芯片，其特征在于，所述插值结构二极管包括两个阳极和一个阴极，所述阳极的两侧均被阴极包裹。5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括地孔(500)，所述地孔(500)与匹配电路(400)连接。6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述衬底包括砷化镓、碳化硅、硅、蓝宝石、金刚石中任意一种或多种。7.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述插指结构限幅器(300)包括反射式限幅器或吸收式限幅器。8.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述输入端(100)和输出端(200)为gsg结构。

技术总结

本发明涉及微波功率限幅器电路技术领域，提供了一种基于插指结构的限幅器芯片，包括：衬底、以及设置在所述衬底上的输入端(100)、输出端(200)、插指结构限幅器(300)、和匹配电路(400)；所述输入端(100)、所述输出端(200)和所述插指结构限幅器(300)通过所述匹配电路(400)连接，所述输入端(100)和所述输出端(200)分别连接在所述匹配电路(400)的两端。采用本芯片能够优化小信号性能的同时提升耐功率的有效性。率的有效性。率的有效性。