[发明专利]基于GaNHEMT工艺的单片集成有源准环形器

说明书

技术领域

本发明属于微波单片集成电路技术领域，特别是一种基于GaN HEMT工艺的单片集成有源准环形器。

背景技术

在连续波体制的微波、毫米波系统的收发组件中，环形器作为一个三端口非互易器件，可以使一个天线同时实现接收和发射信号的功能，有效减小了收发系统的面积。无源环形器一般由铁氧体材料制成，具有插入损耗低、功率损失小、稳定性高以及功率容量大等优点，但是它的体积太大，带宽相对较窄，并且难以用于单片集成设计，所以无法适应当今通信系统集成化、小型化的需求。于是开始出现使用双极结晶体管(BJT)和高电子迁移率晶体管(HEMT)设计的有源环形器，它们除了具有良好的性能，而且尺寸也很小，所以非常适用于系统或模块的集成化技术。

在基于微波单片集成电路(MMIC)的有源环形器中，互补型金属氧化物半导体(CMOS)工艺因为较低的功率损耗而被广泛使用，但是如文献1(H.S.Wu,C.W.Wang,and C.K.C.Tzuang,“CMOS active quasi-circulator with dual transmission gains incorporating feedforward technique at K-band,”IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.58,no.8,pp.2084–2091,Aug.2010.)和文献2(D.Huang,J.Kuo,and H.Wang,“A 24-GHz low power and high isolation active quasi-circulator,”2012IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest,Montreal,Canada,Jun.2012,pp.1–3.)所述，基于CMOS工艺的有源环行器在1dB压缩点的功率容量普遍较小，而环行器通常处于功率放大器之后，因此在T/R模块等大功率应用中将无法承受功率放大器输出端的功率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路面积小、功率容量大的基于GaN HEMT工艺的单片集成有源准环形器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于GaN HEMT工艺的单片集成有源准环形器，包括顺次相连的发射支路功率放大器、集总式功分器和接收支路功率放大器，该三个电路均采用AlGaN/GaN HEMT工艺加工于一个单片上；

所述发射支路功率放大器从发射端口开始包括顺次连接的第一输入匹配电路、第一稳定电路、第一氮化镓晶体管GaN HEMT1和第一输出匹配电路：其中第一稳定电路的输出端与第一氮化镓晶体管GaN HEMT1的栅极连接，且第一稳定电路与第一氮化镓晶体管GaN HEMT1栅极的公共端通过第一栅极偏置电阻R_gg1与第一栅极偏压输入端V_gg1相连；第一氮化镓晶体管GaN HEMT1的源极接地；第一氮化镓晶体管GaN HEMT1的漏极与第一漏极偏压输入端V_dd1相连，且第一氮化镓晶体管GaN HEMT1的漏极与第一漏极偏压输入端V_dd1的公共端与第一输出匹配电路的输入端连接；所述第一输出匹配电路的输出端与集总式功分器的第一功分端口J₁相连；所述集总式功分器的合成端口即为天线端口；

所述接收支路功率放大器的结构与发射支路功率放大器相同，从集总式功分器的第二功分端口J₂开始包括顺次连接的第二输入匹配电路、第二稳定电路、第二氮化镓晶体管GaN HEMT2和第二输出匹配电路：其中第二稳定电路的输出端与第二氮化镓晶体管GaN HEMT2的栅极连接，且第二稳定电路与第二氮化镓晶体管GaN HEMT2栅极的公共端通过第二栅极偏置电阻R_gg2与第二栅极偏压输入端V_gg2相连；第二氮化镓晶体管GaN HEMT2的源极接地；第二氮化镓晶体管GaN HEMT2的漏极与第二漏极偏压输入端V_dd2相连，且第二氮化镓晶体管GaN HEMT2的漏极与第二漏极偏压输入端V_dd2的公共端与第二输出匹配电路的输入端连接；所述第二输出匹配电路的输出端接入接收端口。