大功率PIN二极管限幅器对电磁脉冲后沿响应的分析

利用PSpice电路模型数值计算了阶跃电磁脉冲后沿作用下大功率PIN二极管限幅器的瞬态响应。发现大功率限幅器在阶跃脉冲后沿作用下会输出反向脉冲,其幅度可能与限幅器尖峰泄漏的幅值相当甚至更大,这可能是一种新的影响限幅器性能的安全隐患。分析发现:反向脉冲幅度在一定范围内随激励脉冲持续时间的增加、幅度的加大、后沿时间的变短而变大;随射频扼流电感值的增加而减小。

X波段100W GaAs单片大功率PIN限幅器

在101.6mm(4英寸)外延片上,研制出了大功率PIN限幅器芯片。根据大功率要求,优化了GaAs PIN二极管的I层厚度和表面结构,建立了大、小信号模型,通过优化设计,使限幅器既能承受100 W的输入功率,又有较低的插损。在8.5~10.5GHz内,测得该限幅器插入损耗约0.65dB,输入输出驻波≤1.5;当限幅器输入脉冲功率(9.5GHz,脉宽8ms、占空比40%)达50dBm(100 W)时,保持壳温120℃,输出漏功率最大18dBm,持续时间20min后,未见损坏。

X波段100W GaAs单片大功率PIN限幅器

功率GaAsPIN限幅器已广泛地应用于微波系统中，以保护接收支路中的低噪声放大器。南京电子器件研究所研制出x波段100WGaAs单片大功率PIN限幅器。根据大功率要求，优化了GaAsPIN二极管的I层厚度和表面结构，建立了大、小信号模型，通过优化设计，

L波段大功率限幅器设计

限幅器作为重要的微波控制器件,在各类微波接收系统中应用广泛,大功率微波信号可能导致接收机灵敏度下降甚至失效。为了更好地保护接收系统,介绍了一种基于PIN二极管的大功率微波限幅器,采用先将大功率信号3 dB电桥分为两路,待信号经过限幅电路后,再将两路小信号合路输出的设计方式,有效地提高了限幅器功率容量。测试结果表明,在1.2 GHz~1.4 GHz频带内,插损小于0.8 dB,驻波小于1.3,可承受脉宽100μs,占空比1%,峰值功率大于1 500 W,限幅输出电平小于12 dBm,该限幅器插入损耗小、驻波性能优良,功率容量高,能够明显提高接收系统的可靠性,在雷达系统中应用前景广阔。

垂直异质集成PIN超大功率限幅器MMIC技术

南京电子器件研究所首次提出了PIN异质集成纵向结构超大高功率限幅器构想,引入现有MMIC限幅器不具有的纵向导电结构和SiC衬底的高导热特性,把Si薄层二极管转移到SiC衬底上,极大地提高了MMIC限幅器的耐功率。根据大功率要求,确定了材料结构N^(+)、P^(+)和I层等参数,设计了工艺方案和加工方法,基于自停止减薄技术实现超薄Si基PIN管芯转移,使用Au-Au热压键合的晶圆级低温异质键合互连技术,制成了超大功率限幅器。

毫米波15 W GaAs单片大功率PIN限幅器

南京电子器件研究所研制出第一款Ka波段15 WGaAs单片大功率PIN限幅器。根据高频、大功率要求,优化了GaAs PIN二极管的Ⅰ层厚度和表面结构,优化了大、小信号模型。通过调整优化结构,在Φ50mm外延片上,研制出了10 W以上Ka波段大功率PIN限幅器芯片。在33～37 GHz内,测得该限幅器插入损耗约1.3 dB,输入输出驻波≤1.65。

温度对PIN二极管限幅器功率响应特性的影响

通过求解PIN二极管基区双极载流子扩散方程得到了限幅器Pspice等效电路模型,根据PIN二极管物理参数与温度的关系,数值计算得到了PIN二极管限幅器在多个温度点的功率响应特性,发现温度的升高会使限幅器内部损耗增加,加剧限幅器内部热损伤。并利用恒温控制系统进行了实验验证,实验结果与数值计算结果相符合。实验还发现高温热冲击可能使限幅器限幅能力大幅下降,可能成为通信系统的重大安全隐患。

宽带大功率限幅器小型化研究

采用微波混合集成电路设计方法，用并联二极管和检波二极管，在很小的腔体内制作了无源微波限幅器。其电参数为：频率范围2．18GHz；承受功率4W（连续波）；限幅电平≤30mW（Pin为4W，连续波）；插入损耗为2．5dB以下：驻波系数为2．0以下。外形尺寸为13．5mm×6mm×3mm；输入输出端为50Ω绝缘子。

基于GaAs PIN二极管的宽带大功率单片单刀双掷开关

GaAs PIN二极管具有开态电阻小、截止频率高以及功率容量大的特点,采用GaAs PIN二极管制作的开关插入损耗较小、隔离度较高、并且功率的线性较好。基于河北半导体研究所GaAs PIN工艺制造了一款单刀双掷开关芯片。该开关采用单级并联结构。通过微波在片测试,在小信号条件下,6～18 GHz范围内插入损耗小于1.45 dB、隔离度大于28 dB,输入输出反射损耗小于7.5 dB。把开关装入夹具中进行功率特性测试,在连续波输入功率37 dBm,12 GHz条件下测试输出功率仅压缩0.5 dB,具有非常好的功率特性。在4英寸(100 mm)晶圆上开关的成品率较高,具有非常好的工程应用前景。

大功率限幅器的研制

介绍了一种L波段大功率限幅器的研制情况,该限幅器具有体积小、插入损耗小、输入承受功率高及限幅输出电平低等特点。文中给出了限幅二极管在高/低输入信号电平时的等效电路以及同轴滤波器的设计分析过程。实验测试结果表明,限幅器完全达到技术指标要求。

PIN二极管限幅器的电磁脉冲损伤特性试验

电磁脉冲作用下,位于射频前端的限幅器能对接收机起基本保护作用。通过试验研究基于多级PIN二极管的限幅器在方波脉冲和超宽带脉冲注入时的电磁脉冲损伤阈值以及损伤效应,发现当入射电磁脉冲幅度超过损伤阈值时,限幅器存在不可逆转的损伤累积效应。此外,利用时域反射技术对限幅模块的内部损伤部位进行了定位,发现相对于前级PIN二极管,后级PIN二极管更易发生损伤,损伤原因判断为前级二极管I层较厚,因此其对陡前沿脉冲的响应时间较慢、尖峰电压泄漏高达上百伏,导致后级I层较薄、耐压等级较低的PIN二极管受到过电压击穿。

大功率平衡式限幅开关设计

基于半有源式限幅器模型,研究了大功率平衡式限幅开关在小信号时的性能。介绍了该限幅开关的基本原理,设计并进行实物加工。测试结果表明,在32~36GHz频段内,限幅开关小信号插损小于7.9dB,最小插损为6.7dB,输入输出驻波比小于1.72∶1,当输入的连续波功率为1 W时,限幅开关输出功率小于11.6dBm,两输出通道之间的隔离度大于30dB。

GaAs垂直结构PIN二极管限幅器

基于垂直结构GaAs PIN二极管的工艺技术开发,在GaAs PHEMT生产线上开发研制了GaAs PIN二极管限幅器单片集成电路。针对不同频段的单片电路采用了不同的材料结构参数设计。工艺中采用先进的深挖槽技术,严格控制横向钻蚀问题,制作出了限幅水平40 mW、最大承受功率5 W的多个频段GaAs限幅器单片电路,成品率达到95%以上。GaAs垂直结构PIN二极管工艺对GaAs PIN二极管大功率开关、限幅器等GaAs MMIC的发展具有重大意义。

砷化镓PIN管单片限幅器

在微波功率发射系统中，为防止高灵敏接收机前置低噪声放大器（LNA）被发射的泄漏功率烧毁，需在前置低噪声放大器前面安置PIN二极管限幅器。通过控制PIN二极管的工作状态，在高功率的微波信号通过限幅器时，被衰减到较低的功率电平，而小功率微波信号则以较小的插损顺利通过。

C波段大功率单刀四掷收发开关的设计

采用电磁场分析方法,研究在大功率工作条件下台面结构PIN二极管管芯的工作模式,提取相应的S参数,以优化并联式开关电路的阻抗匹配网络,分析开关导通和关断时的电性能,以及大信号下的功率损耗,研制出了C波段大功率单刀四掷开关。在5.1~5.7GHz频带内,测得开关小信号插损小于0.67dB、驻波比小于1.2、隔离度优于55dB、开通时间优于380ns、关断时间优于230ns;大信号插损小于1.1dB、检波延迟时间优于118ns,设计指标满足了工程应用的要求。

PIN二极管子电路模型与微波限幅研究

利用一种改进的PIN二极管子电路模型，通过Pspice软件瞬态仿真研究了PIN限幅器的平顶泄漏和高频限幅性能。利用该子电路对新型SiC材料PIN二极管建模仿真，仿真结果表明新型二极管可以提高限幅器的性能。

PIN二极管的高功率微波响应

利用自行编制的半导体器件模拟程序 m PND1 D(采用时域有限差分方法 ,求解器件内部载流子所满足的非线性、耦合、刚性方程组 ) ,对 PIN二极管微波限幅器在高功率微波激励下的响应进行了计算 ,比较了不同条件下的计算结果 ,并对二极管微波响应截止频率作了探讨。计算结果表明 :随着激励源幅值的升高 ,器件截止频率增大 ;随着脉冲长度减小 ,器件截止频率降低 ;随着器件恒定温度值升高 。

宽带射频限幅器的设计

文中首先根据器件手册完善了所用PIN管的spice模型,保证仿真结果的准确性;接着,分析了宽带射频(RF)限幅器中PIN二极管在高于、低于渡越频率的频段时工作状态的不同,并给出了对应功耗的计算方法,以保证功耗的精确性;然后,根据滤波器原理用三对反向并联的PIN管设计了一款宽带RF限幅器;最后,根据高、低频段功耗的不同给出了该限幅器的输入功率上限。实测结果表明,在3 MHz~3 GHz的宽频带范围内,其回波损耗大于24 dB,插入损耗小于1.6 dB。该宽带RF限幅器可将30 dBm的连续波信号限制在15 dBm以内,结构简单,价格低廉,易于与其他电路集成,可用于通信设备和测量设备的输入保护。

一种改进型高功率K_(U)波段限幅器的设计

基于PIN二极管限幅器的器件原理,设计了满足电磁兼容系统要求的限幅器。研究了单级、级联和三级PIN二极管限幅器的性能。在此基础上,利用PIN对管和肖特基势垒二极管(SBD)对限幅器电路进行改进。在13-15 GHz输入连续波功率200W时,限幅输出功率0.04W,插入损耗小于0.1 dB。和参考文献对比表明,本文限幅器指标均满足设计要求。