本發明涉及半導體、射頻以及微波光子學領域，尤其涉及一種基于光導半導體器件產生ka級大電流、高功率、低雜散參數的同軸射頻鏈路系統。

背景技術：

1、隨著科技的飛速發展和社會的不斷進步，半導體產業已上升為世界主要產業。而寬禁帶、超寬禁帶半導體器件作為一種新型的半導體器件，因其具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱穩定性好、高電子遷移率、高飽和漂移速度和高電子濃度等獨特優勢，被廣泛應用于射頻功率放大器、微波器件和雷達系統中，在光電子、量子電子等領域也具有較廣闊的應用前景。近年來，隨著材料科學、微電子工藝和半導體物理等學科的深入發展，寬禁帶、超寬禁帶半導體器件的研究取得了顯著的進展，成為半導體領域的研究熱點之一，常見的寬禁帶半導體材料有碳化硅（?sic?)和氮化鎵（?gan?），超寬禁帶半導體材料有氧化鎵（?ga2o3）、氮化鋁（ain）、金剛石等。而根據不同的電極構型又分為同面型、異面型、正對型、非正對型等。由于寬禁帶半導體器件具有體積小（幾十mm3）、重頻高（mhz以上）、閉合時間短（亞ns）、時間抖動小（亞ns）、功率容量大、電磁兼容性強等多項優越的性能特點，成為研制新型射頻功率放大器、微波光子輻射源、固態緊湊脈沖功率源等構成的核心器件。隨著光導半導體器件在不同領域應用中，器件功率、重復頻率、壽命以及穩定性的不斷提升，對器件的輸出要求也越來越嚴苛，對器件的射頻鏈路信號質量也越來越理想化。因此對器件的高功率輸出、低雜散參數提取等研究就顯得尤為重要。

2、目前在射頻鏈路中常用的光導半導體器件有碳化硅（?sic?)和氮化鎵（?gan?）。根據輸出頻率分為低頻、中頻、高頻，根據射頻鏈路又分集成電路型、微帶線型、脈沖形成線型等。在射頻鏈路中，頻率和電容是兩個重要的參數，而它們之間存在著密不可分的關系，根據阻抗公式?xc=?πfc可以看出，電容的阻抗與頻率成反比，因此電容值越大，頻率越低，電容值越小，頻率越高。隨著高頻信號的應用，半導體器件的電容值盡可能要小，導致半導體上的電極間距得足夠短。但是電極間距短又會導致器件的耐高壓能力下降，輸出功率變小。比如，半導體器件要想響應ghz的輸出，半導體器件上的電極間距為1mm左右，要想產生百安電流的輸出，電壓輸出則達到5kv，半導體自身阻抗加上電路中潛在內阻，器件耐壓能力接近7kv左右。我們知道，在空氣中，1mm間距擊穿電壓大約是3kv,算上電極優化以及灌封絕緣膠的雙配合下，1mm間距的擊穿電壓可以達到10kv左右。但是，如果輸出電流為ka量級，電壓輸出則高達50kv,器件的耐壓能力接近100kv左右，因此，1mm間距要想達到如此耐壓能力是不現實。因此基于此類問題，本發明構思根據半導體器件自身的結構特性及工藝的局限性，以及器件在射頻鏈路中高功率應用需求，提出了一種基于光導半導體器件產生ka級大電流、高功率、低雜散參數的同軸射頻鏈路系統。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種光導半導體器件能夠產生ka級大電流、低雜散參數的同軸射頻鏈路系統，用于解決光導半導體器件在射頻電路中難以提取ka級電流輸出的瓶頸問題，以及低雜散參數的電壓輸出等關鍵技術問題，為大功率半導體器件的應用設計提供一個全新的技術方案。

2、為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：一種基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，包括同軸射頻腔體、同軸電容模組、同軸高壓環、光導半導體封裝組件、同軸漸變電極、電流分流器、碳膜負載電阻和高壓光纖饋入端帽；所述電流分流器連接在同軸射頻腔體上，所述同軸漸變電極設置在同軸射頻腔體內并且與電流分流器的末端連接，所述同軸電容模組朝向同軸射頻腔體一側的端面與同軸射頻腔體連接，所述光導半導體封裝組件位于同軸電容模組的內環內并且光導半導體封裝組件的一端與同軸漸變電極連接、另一端連接高壓光纖饋入端帽，所述同軸高壓環連接在同軸電容模組的高壓端面上，所述碳膜負載電阻的一個引腳連接在同軸高壓環上、另一個引腳連接在高壓光纖饋入端帽上，同軸高壓環通過電纜連接有直流高壓或脈沖高壓；所述同軸射頻腔體、同軸電容模組、同軸漸變電極和同軸高壓環的中心位于同一軸心線上。

3、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述電流分流器的殼體上設置有第一外螺紋，所述同軸射頻腔體設置有與第一外螺紋匹配的第一內螺紋，所述電流分流器上的第一外螺紋連接在同軸射頻腔體上的第一內螺紋上。

4、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述電流分流器的末端設置有第二外螺紋，所述同軸漸變電極上設置有第二內螺紋，所述同軸漸變電極上的第二內螺紋連接在電流分流器末端的第二外螺紋上。

5、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述同軸電容模組呈圓環構型，所述同軸電容模組的一個端面與同軸射頻腔體連接、另一個端面與同軸高壓環連接為高壓端面。

6、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述同軸高壓環呈圓環構型，緊貼在同軸電容模組的高壓端面上。

7、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述光導半導體封裝組件位于同軸電容模組的圓環構型的內環內，所述光導半導體封裝組件的光路中心與同軸射頻腔體、同軸電容模組和同軸高壓環的中心位于同一軸心線上。

8、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述碳膜負載電阻的數量為多個，均勻的布置在同軸高壓環和高壓光纖饋入端帽之間。

9、上述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，優選的，所述同軸射頻腔體包括5個外腔，?5個外腔的外徑依次增大。

10、與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統是一種能夠產生ka級大電流、高功率、低雜散參數的同軸射頻鏈路系統。本發明的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統具有結構尺寸小型化、輕便、耐高壓、產大電流、輸高功率等特點。

技術特征：

1.一種基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：包括同軸射頻腔體、同軸電容模組、同軸高壓環、光導半導體封裝組件、同軸漸變電極、電流分流器、碳膜負載電阻和高壓光纖饋入端帽；所述電流分流器連接在同軸射頻腔體上，所述同軸漸變電極設置在同軸射頻腔體內并且與電流分流器的末端連接，所述同軸電容模組朝向同軸射頻腔體一側的端面與同軸射頻腔體連接，所述光導半導體封裝組件位于同軸電容模組的內環內并且光導半導體封裝組件的一端與同軸漸變電極連接、另一端連接高壓光纖饋入端帽，所述同軸高壓環連接在同軸電容模組的高壓端面上，所述碳膜負載電阻的一個引腳連接在同軸高壓環上、另一個引腳連接在高壓光纖饋入端帽上，同軸高壓環通過電纜連接有直流高壓或脈沖高壓；所述同軸射頻腔體、同軸電容模組、同軸漸變電極和同軸高壓環的中心位于同一軸心線上。

2.根據權利要求1所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述電流分流器的殼體上設置有第一外螺紋，所述同軸射頻腔體設置有與第一外螺紋匹配的第一內螺紋，所述電流分流器上的第一外螺紋連接在同軸射頻腔體上的第一內螺紋上。

3.根據權利要求1所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述電流分流器的末端設置有第二外螺紋，所述同軸漸變電極上設置有第二內螺紋，所述同軸漸變電極上的第二內螺紋連接在電流分流器末端的第二外螺紋上。

4.根據權利要求1所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述同軸電容模組呈圓環構型，所述同軸電容模組的一個端面與同軸射頻腔體連接、另一個端面與同軸高壓環連接為高壓端面。

5.根據權利要求4所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述同軸高壓環呈圓環構型，緊貼在同軸電容模組的高壓端面上。

6.根據權利要求1所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述光導半導體封裝組件位于同軸電容模組的圓環構型的內環內，所述光導半導體封裝組件的光路中心與同軸射頻腔體、同軸電容模組和同軸高壓環的中心位于同一軸心線上。

7.根據權利要求1所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述碳膜負載電阻的數量為多個，均勻的布置在同軸高壓環和高壓光纖饋入端帽之間。

8.根據權利要求1所述的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，其特征在于：所述同軸射頻腔體包括5個外腔，?5個外腔的外徑依次增大。

技術總結
一種基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統，電流分流器連接在同軸射頻腔體上，同軸漸變電極設置在同軸射頻腔體內并且與電流分流器的末端連接，同軸電容模組朝向同軸射頻腔體一側的端面與同軸射頻腔體連接，光導半導體封裝組件位于同軸電容模組的內環內并且光導半導體封裝組件的一端與同軸漸變電極連接、另一端連接高壓光纖饋入端帽，同軸高壓環連接在同軸電容模組的高壓端面上，碳膜負載電阻的一個引腳連接在同軸高壓環上、另一個引腳連接在高壓光纖饋入端帽上，同軸高壓環通過電纜連接有直流高壓或脈沖高壓。本發明的基于光導半導體產生大電流的同軸高壓脈沖鏈路系統是一種能夠產生kA級大電流、高功率、低雜散參數的同軸射頻鏈路系統。

技術研發人員：王日品,王朗寧,荀濤,何婷,李博涵,劉宇宸
受保護的技術使用者：中國人民解放軍國防科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28