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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。
中图分类号：TN432 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256777
中文引用格式： 顾江川，邹冰清. 基于SiC IPD技术的小型化大功率Gysel功分器设计[J]. 电子技术应用，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

雷达射频前端近年来不断朝着大功率、小型化、高密度集成等方向发展[1-3]，功分器作为射频前端常用的无源器件，对其大功率小型化的要求也越来越高。威尔金森功分器是最常见的功分形式，具有结构简单、隔离度高、易于设计等优点[4]。但其在大功率应用场合，存在诸多不足。而改进型的Gysel功分器相比传统的威尔金森功分器具有更高的功率容量，在现代射频前端系统的大功率应用场景中占据重要地位。

Gysel功分器具有更高的功率容量，Gysel功分器拓扑是将威尔金森拓扑中的100 Ω跨接隔离电阻变换成两个50 Ω的对地隔离电阻，能够有效地将一路耗散功率分成两路，从而快速地将热量传递到地或者壳体上，实现功率容量提升。而两个对地隔离电阻也就意味着Gysel拓扑要比威尔金森拓扑多一个隔离网络，这个隔离度网络由两段λg/4和一段λg/2波长线构成，这就导致Gysel功分器通常尺寸较大，实际工程应用中存在诸多限制，无法适应小型化的应用场合。而当前一些学者对Gysel功分器的关注点在任意功率分配比的实现[5]、不等分功率比可调[6]、多频段工作的灵活配置[7-8]等层面。对于缩小Gysel功分器的尺寸的方案，主流的方案仍然是加载stub枝节或者微带线蛇形布局[9]。这些方案本质上电路拓扑仍然是分布式的，对尺寸的缩减效果甚微，并不能从本质上实现Gysel功分器的小型化。

针对Gysel功分器的小型化难题，本文提出一种基于IPD技术的新型小型化大功率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，从而极大地缩减尺寸，实现功分器的小型化。集总电感和电容采用半导体工艺设计制造，加工精度高，感值容值精准，有利于保证器件性能稳定。此外，基板采用SiC材料，热导率高达390 W/(m·K)，具有良好的散热能力。基板能有效传导电阻上耗散的热量，有利于提升器件的功率容量。最后，从测试层面对所提出的功分器进行了分析。


本文详细内容请下载：

//www.51qz.net/resource/share/2000006685


作者信息：

顾江川1，2，邹冰清1，2

（1.南京国博电子股份有限公司，江苏 南京 211111；

2.南京市高密度射频微系统集成工程技术研究中心，江苏 南京 211111）


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