本发明专利技术公开了一种基于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、第一氮化镓晶体管和第一输出匹配电路，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，接收支路功率放大器的结构与发射支路功率放大器相同，以集总式功分器的第二功分端口J1为输入端，接收支路功率放大器的输出端为该有源准环形器的接收端口。本发明专利技术有效地减小了电路面积，且具有较大的功率容量，应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波单片集成电路
，特别是一种基于GaNHEMT工艺的单片集 成有源准环形器。
技术介绍
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（丽1C)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,"CMOSactivequasi-circulatorwithdualtransmissiongains incorporatingfeedforwardtechniqueatK-band，，'IEEETrans.Microw.Theory Tech. ,vol. 58,no. 8,pp. 2084 - 2091,Aug. 2010.)和文献 2 (D.Huang，J.Kuo,and H.Wang，"A24_GHzlowpowerandhighisolationactivequasi-circulator，''2012IEEE MTT-SInternationalMicrowaveSymposiumDigest,Montreal,Canada,Jun. 2012,p p. 1 -3.)所述，基于CMOS工艺的有源环行器在ldB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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电路面积小、功率容量大的基于GaNHEMT工艺的单片 集成有源准环形器。 实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于GaNHEMT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/GaNHEMT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GaNHEMT1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GaNHEMT1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Rggl与第一栅极偏压输入端Vggl相连；第一氮化 镓晶体管GaNHEMT1的源极接地；第一氮化镓晶体管GaNHEMT1的漏极与第一漏极偏压输 入端Vddl相连，且第一氮化镓晶体管GaNHEMT1的漏极与第一漏极偏压输入端Vddl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Ji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 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GaNHEMT2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GaNHEMT2栅极的公共端通过第 二栅极偏置电阻Rgg2与第二栅极偏压输入端Vgg2相连；第二氮化镓晶体管GaNHEMT2的源 极接地；第二氮化镓晶体管GaNHEMT2的漏极与第二漏极偏压输入端Vdd2相连，且第二氮化 镓晶体管GaNHEMT2的漏极与第二漏极偏压输入端Vdd2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。 本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1)融合了先进的AlGaN/GaNHEMT工 艺，采用集总元件设计威尔金森功分器，有效的减小了系统面积；（2)实现了电路尺寸的集 成化，便于系统或模块设计，结构设计简单易行；（3)电路的功率容量更大，适用于大功率 应用，前景广阔。【附图说明】 图1为本专利技术基于GaNHEMT工艺的单片集成有源准环形器的原理示意图。 图2为本专利技术单片集成有源准环形器的传输增益测试结果图。 图3为本专利技术单片集成有源准环形器的回波损耗测试结果图。 图4为本专利技术单片集成有源准环形器的隔离度测试结果图。 图5为本专利技术单片集成有源准环形器的功率测试结果图。【具体实施方式】 下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。 结合图1，本专利技术基于GaNHEMT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1、集总式功分器2和接收支路功率放大器3,该三个电路均采用 AlGaN/GaNHEMT工艺加工于一个单片上； 所述发射支路功率放大器1从发射端口开始包括顺次连接的第一输入匹配电路 4、第一稳定电路5、第一氮化镓晶体管GaNHEMT1和第一输出匹配电路6 :其中第一稳定电 路5的输出端与第一氮化镓晶体管GaNHEMT1的栅极连接，且第一稳定电路5与第一氮化 镓晶体管GaNHEMT1栅极的公共端通过第一栅极偏置电阻Rggl与第一栅极偏压输入端Vggl 相连；第一氮化镓晶体管GaNHEMT1的源极接地；第一氮化镓晶体管GaNHEMT1的漏极与 第一漏极偏压输入端Vddl相连，且第一氮化镓晶体管GaNHEMT1的漏极与第一漏极偏压输 入端Vddl的公共端与第一输出匹配电路6的输入端连接；所述第一输出匹配电路6的输出 端与集总式功分器2的第一功分端口1相连；所述集总式功分器2的合成端口即为天线端 n； 所述接收支路功率放大器3的结构与发射支路功率放大器1相同，从集总式功分 器2的第二功分端口 1开始包括顺次连接的第二输入匹配电路7、第二稳定电路8、第二氮 化镓晶体管GaNHEMT2和第二输出匹配电路9 :其中第二稳定电路8的输出端与第二氮化 镓晶体管GaNHEMT2的栅极连接，且第二稳定电路8与第二氮化镓晶体管GaNHEMT2栅极的 公共端通过第二栅极偏置电阻Rgg2与第二栅极偏压输入端Vgg2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GaNHEMT2的漏极与第二漏极偏压输入端Vdd2相连， 且第二氮化镓晶体管GaNHEMT2的漏极与第二漏极偏压输入端Vdd2的公共端与第二输出匹 配电路9的输入端连接；所述第二输出匹配电路9的输出端接入接收端口。 所述第一输入匹配电路4包括第一电感Q、第二电感L2、第一电容Q，其中第一电 感U的一端与发射端口相连，第一电感Q的另一端与第二电感L2的一端连接，第二电感L2 的另一端接地，第一电感U与第二电感L2的公共端与第一电容Q的一端连接，第一电容Q 的另一端与第一稳定电路5的输入端相连。 所述第一稳定电路5包括并联的第一电阻札和第二电容C2，第一电阻札和第二电 容C2的一个公共端与第一输入匹配电路4中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于GaN HEMT工艺的单片集成有源准环形器，其特征在于，包括顺次相连的发射支路功率放大器（1）、集总式功分器（2）和接收支路功率放大器（3），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（1）从发射端口开始包括顺次连接的第一输入匹配电路（4）、第一稳定电路（5）、第一氮化镓晶体管GaN HEMT1和第一输出匹配电路（6）：其中第一稳定电路（5）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（5）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Rgg1与第一栅极偏压输入端Vgg1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Vdd1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Vdd1的公共端与第一输出匹配电路（6）的输入端连接；所述第一输出匹配电路（6）的输出端与集总式功分器（2）的第一功分端口J1相连；所述集总式功分器（2）的合成端口即为天线端口；所述接收支路功率放大器（3）的结构与发射支路功率放大器（1）相同，从集总式功分器（2）的第二功分端口J1开始包括顺次连接的第二输入匹配电路（7）、第二稳定电路（8）、第二氮化镓晶体管GaN HEMT2和第二输出匹配电路（9）：其中第二稳定电路（8）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（8）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Rgg2与第二栅极偏压输入端Vgg2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Vdd2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Vdd2的公共端与第二输出匹配电路（9）的输入端连接；所述第二输出匹配电路（9）的输出端接入接收端口。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：车文荃，顾黎明，蔡奇，陈海东，冯文杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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