[發明專利]基于GaNHEMT工藝的單片集成有源準環形器

有效

• 申請號: 201410064240.8
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN104868866B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 車文荃;顧黎明;蔡奇;陳海東;馮文杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H03F3/195
• 分類號: H03F3/195;H03F3/24;H01P1/38
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于微波單片集成電路技術領域，特別是一種基于GaN HEMT工藝的單片集成有源準環形器。

背景技術

在連續波體制的微波、毫米波系統的收發組件中，環形器作為一個三端口非互易器件，可以使一個天線同時實現接收和發射信號的功能，有效減小了收發系統的面積。無源環形器一般由鐵氧體材料制成，具有插入損耗低、功率損失小、穩定性高以及功率容量大等優點，但是它的體積太大，帶寬相對較窄，并且難以用于單片集成設計，所以無法適應當今通信系統集成化、小型化的需求。于是開始出現使用雙極結晶體管(BJT)和高電子遷移率晶體管(HEMT)設計的有源環形器，它們除了具有良好的性能，而且尺寸也很小，所以非常適用于系統或模塊的集成化技術。

在基于微波單片集成電路(MMIC)的有源環形器中，互補型金屬氧化物半導體(CMOS)工藝因為較低的功率損耗而被廣泛使用，但是如文獻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.)和文獻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工藝的有源環行器在1dB壓縮點的功率容量普遍較小，而環行器通常處于功率放大器之后，因此在T/R模塊等大功率應用中將無法承受功率放大器輸出端的功率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電路面積小、功率容量大的基于GaN HEMT工藝的單片集成有源準環形器。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于GaN HEMT工藝的單片集成有源準環形器，包括順次相連的發射支路功率放大器、集總式功分器和接收支路功率放大器，該三個電路均采用AlGaN/GaN HEMT工藝加工于一個單片上；

所述發射支路功率放大器從發射端口開始包括順次連接的第一輸入匹配電路、第一穩定電路、第一氮化鎵晶體管GaN HEMT1和第一輸出匹配電路：其中第一穩定電路的輸出端與第一氮化鎵晶體管GaN HEMT1的柵極連接，且第一穩定電路與第一氮化鎵晶體管GaN HEMT1柵極的公共端通過第一柵極偏置電阻R_gg1與第一柵極偏壓輸入端V_gg1相連；第一氮化鎵晶體管GaN HEMT1的源極接地；第一氮化鎵晶體管GaN HEMT1的漏極與第一漏極偏壓輸入端V_dd1相連，且第一氮化鎵晶體管GaN HEMT1的漏極與第一漏極偏壓輸入端V_dd1的公共端與第一輸出匹配電路的輸入端連接；所述第一輸出匹配電路的輸出端與集總式功分器的第一功分端口J₁相連；所述集總式功分器的合成端口即為天線端口；

所述接收支路功率放大器的結構與發射支路功率放大器相同，從集總式功分器的第二功分端口J₂開始包括順次連接的第二輸入匹配電路、第二穩定電路、第二氮化鎵晶體管GaN HEMT2和第二輸出匹配電路：其中第二穩定電路的輸出端與第二氮化鎵晶體管GaN HEMT2的柵極連接，且第二穩定電路與第二氮化鎵晶體管GaN HEMT2柵極的公共端通過第二柵極偏置電阻R_gg2與第二柵極偏壓輸入端V_gg2相連；第二氮化鎵晶體管GaN HEMT2的源極接地；第二氮化鎵晶體管GaN HEMT2的漏極與第二漏極偏壓輸入端V_dd2相連，且第二氮化鎵晶體管GaN HEMT2的漏極與第二漏極偏壓輸入端V_dd2的公共端與第二輸出匹配電路的輸入端連接；所述第二輸出匹配電路的輸出端接入接收端口。