《電子技術應用》
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基于SiC IPD技术的小型化大功率Gysel功分器设计
电子技术应用
顾江川1，2，邹冰清1，2
1.南京国博电子股份有限公司；2.南京市高密度射频微系统集成工程技术研究中心
摘要： 功分器作为射频前端重要的无源器件，不断朝着小型化、大功率方向发展。为此，提出一种基于SiC IPD技术的新型Gysel功分器，采用π形和Bridged T-coil等效电路将分布式电路转换成集总式拓扑，实现功分器的小型化设计。通过奇偶模分析方法给出集总等效电路的理论推导，并进行HFSS全波仿真。集总电感和电容采用半导体工艺制造，加工精度高，感值容值精准，器件性能稳定。此外，基板采用具有良好的散热能力的SiC材料，有利于提升器件的功率容量。测试结果表明，功分器在6.3~7.7 GHz范围内回波损耗大于10 dB，插损小于0.9 dB，端口隔离度在5~9 GHz范围内大于15 dB，电波长尺寸为0.10×0.05（λg×λg@f0），具有较高的工程应用价值。
中圖分類號：TN432 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256777
中文引用格式： 顧江川，鄒冰清. 基于SiC IPD技術的小型化大功率Gysel功分器設計[J]. 電子技術應用，2025，51(9)：39-43.
英文引用格式： Gu Jiangchuan，Zou Bingqing. Design of a miniaturized high-power Gysel power divider based on SiC IPD technology[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(9)：39-43.
Design of a miniaturized high-power Gysel power divider based on SiC IPD technology
Gu Jiangchuan1，2，Zou Bingqing1，2
1.Nanjing Guobo Electronics Co.， Ltd.；2.Nanjing High Density RF Microsystem Integration Engineering Technology Research Center
Abstract： As a crucial passive device in the RF front-end, the power divider continues to evolve towards miniaturization and higher power capabilities. A novel Gysel power divider based on SiC IPD technology is proposed. The distributed circuit is converted into a lumped topology using π-shaped and Bridged T-coil equivalent circuits, significantly achieving miniaturization of the device. Theoretical derivation of the lumped equivalent circuit is provided using the odd-even mode method. The circuit topology is modeled and analyzed based on HFSS full-wave simulation. The lumped inductors and capacitors are fabricated using semiconductor processes, featuring high fabrication precision and accurate values, which ensures stable device performance. The SiC substrate exhibits excellent heat dissipation capability, effectively enhancing power capacity. The measured results demonstrate that the return loss is greater than 10 dB, insertion loss is less than 0.9 dB in 6.3~7.7 GHz operating frequency. The isolation is more than 15 dB across 5~9 GHz, and the ultra-compact electrical dimensions is 0.10×0.05 (λg×λg@f0). These results validate its high engineering application value.
Key words : Gysel power divider；π-shaped equivalent circuit；bridged T-coil equivalent circuit；miniaturization；high-power

引言

雷達射頻前端近年來不斷朝著大功率、小型化、高密度集成等方向發(fā)展[1-3]，功分器作為射頻前端常用的無源器件，對其大功率小型化的要求也越來越高。威爾金森功分器是最常見的功分形式，具有結構簡單、隔離度高、易于設計等優(yōu)點[4]。但其在大功率應用場合，存在諸多不足。而改進型的Gysel功分器相比傳統(tǒng)的威爾金森功分器具有更高的功率容量，在現(xiàn)代射頻前端系統(tǒng)的大功率應用場景中占據重要地位。

Gysel功分器具有更高的功率容量，Gysel功分器拓撲是將威爾金森拓撲中的100 Ω跨接隔離電阻變換成兩個50 Ω的對地隔離電阻，能夠有效地將一路耗散功率分成兩路，從而快速地將熱量傳遞到地或者殼體上，實現(xiàn)功率容量提升。而兩個對地隔離電阻也就意味著Gysel拓撲要比威爾金森拓撲多一個隔離網絡，這個隔離度網絡由兩段λg/4和一段λg/2波長線構成，這就導致Gysel功分器通常尺寸較大，實際工程應用中存在諸多限制，無法適應小型化的應用場合。而當前一些學者對Gysel功分器的關注點在任意功率分配比的實現(xiàn)[5]、不等分功率比可調[6]、多頻段工作的靈活配置[7-8]等層面。對于縮小Gysel功分器的尺寸的方案，主流的方案仍然是加載stub枝節(jié)或者微帶線蛇形布局[9]。這些方案本質上電路拓撲仍然是分布式的，對尺寸的縮減效果甚微，并不能從本質上實現(xiàn)Gysel功分器的小型化。

針對Gysel功分器的小型化難題，本文提出一種基于IPD技術的新型小型化大功率Gysel功分器。采用π形和Bridged T-coil等效電路將分布式電路轉換成集總式拓撲，從而極大地縮減尺寸，實現(xiàn)功分器的小型化。集總電感和電容采用半導體工藝設計制造，加工精度高，感值容值精準，有利于保證器件性能穩(wěn)定。此外，基板采用SiC材料，熱導率高達390 W/(m·K)，具有良好的散熱能力?；迥苡行鲗щ娮枭虾纳⒌臒崃浚欣谔嵘骷墓β嗜萘俊Ｗ詈?，從測試層面對所提出的功分器進行了分析。


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作者信息：

顧江川1，2，鄒冰清1，2

（1.南京國博電子股份有限公司，江蘇 南京 211111；

2.南京市高密度射頻微系統(tǒng)集成工程技術研究中心，江蘇 南京 211111）


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