[发明专利]一种采用前馈抵消法的GaN混合集成有源准环行器

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波混合集成电路，是一种基于新型高功率器件的，并采用前馈抵消法的GaN混合集成有源准环行器。

背景技术

环形器主要被用来隔离发射信号和接收信号，因而被广泛应用于微波、毫米波系统。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。

有源环形器可以基于印刷电路板（PCB）或微波单片集成电路（MMIC）工艺实现。对于PCB工艺，其设计的频率是有限制的，并且匹配电路，直流偏置电路等外围电路会使得整体电路尺寸较大。而MMIC尺寸很小，目前国际上研究比较多的技术是互补型金属氧化物半导体（CMOS）工艺，但存在的问题是基于这种工艺的有源环行器的功率容量普遍较小，崩溃电压也相对较低，并不能适应大功率应用，例如应用于有源相控阵中的高功率T/R组件；并且有源环行器在收发组件中位于发射支路的功率放大器之后，因此其1dB输出功率压缩点对应的输入功率必须达到该功率放大器的输出功率水平，而在目前基于CMOS技术的有源环行器中，其1dB输出功率压缩点对应的输入功率值均较低，根本不能承受发射支路中功率放大器的输出功率，所以目前基于CMOS工艺的有源环行器并不能满足实际的应用需求。另一方面由发射支路或者接收支路的高增益而带来的功率泄漏现象成为了高增益有源环行器的主要问题，因此需要采用特殊的技术来抑制这种功率泄漏现象。

氮化镓（GaN）作为第三代新型半导体材料，被广泛地应用于高功率器件的设计中，而基于GaN的高功率器件，如功率放大器和功率振荡器等均具有非常优越的高功率性能，因此具有很好的应用前景。但是现有技术中尚无用氮化镓（GaN）器件设计有源环行器的相关报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种能实现较低功率泄漏且具有高功率容量的基于前馈抵消技术的GaN混合集成有源准环行器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用前馈抵消法的GaN混合集成有源准环行器，包括相互连接的发射支路、接收支路、前馈支路，其中发射支路与接收支路相连，发射支路的输出端口即为接收支路的输入端口，该端口同时为该有源准环行器的天线端口；发射支路的输入端口即为前馈支路的输入端口，该端口同时为该有源准环行器的发射端口；接收支路的输出端口即为前馈支路的输出端口，该端口同时为该有源准环行器的接收端口。

所述发射支路包括依次相连的第一耦合器的直通支路、第一放大器、无源隔离器和无源环形器的一条支路，其中第一耦合器的直通支路输入端口即为发射支路的输入端口，上述无源环形器的该条支路输出端口即为发射支路的输出端口；

接收支路包括相互连接的无源环形器的另一条支路第二耦合器的直通支路，所述无源环形器的另一条支路为发射支路中无源环形器中所述支路的相邻下一条支路，其中上述无源环形器的另一条支路的输入端口即为接收支路的输入端口，第二耦合器的直通支路输出端口即为接收支路输出端口；

前馈支路包括依次相连的第一耦合器的耦合支路、可调移相器、可调衰减器、第二放大器和第二耦合器的耦合支路，其中第一耦合器的耦合支路输入端即为前馈支路的输入端口，第二耦合器的耦合支路输出端口即为前馈支路的输出端口；

上述第一耦合器和第二耦合器的隔离端口均通过50欧姆电阻接地。

所述无源隔离器为无源铁氧体隔离器或贴片隔离器；所述无源环形器为无源铁氧体环形器或贴片环形器。

所述第一耦合器和第二耦合器均为不等分耦合器，并且直通支路的传输系数大于耦合支路的传输系数。

所述第一放大器为基于GaN晶体管的功率放大器。

所述可调移相器为多位数字式可调移相器或反射式连续可调移相器；所述可调衰减器为多位数字式可调衰减器或连续可调衰减器。