基于GaN HEMT 工藝的單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波單片集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于GaNHEMT工藝的單片集 成有源準(zhǔn)環(huán)形器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在連續(xù)波體制的微波、毫米波系統(tǒng)的收發(fā)組件中，環(huán)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(xiàn)接收和發(fā)射信號的功能，有效減小了收發(fā)系統(tǒng)的面積。無源 環(huán)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(wěn)定性高以及功率容量大等 優(yōu)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(shè)計，所以無法適應(yīng)當(dāng)今 通信系統(tǒng)集成化、小型化的需求。于是開始出現(xiàn)使用雙極結(jié)晶體管（BJT)和高電子遷移率 晶體管（HEMT)設(shè)計的有源環(huán)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(tǒng)或模塊的集成化技術(shù)。
[0003] 在基于微波單片集成電路（麗1C)的有源環(huán)形器中，互補型金屬氧化物半導(dǎo)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,"CMOSactivequasi-circulatorwithdualtransmissiongains incorporatingfeedforwardtechniqueatK-band，，'IEEETrans.Microw.Theory Tech. ,vol. 58,no. 8,pp. 2084 - 2091,Aug. 2010.)和文獻 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工藝的有源環(huán)行器在ldB壓縮點的功率容量普遍較小，而環(huán)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(yīng)用中將無法承受功率放大器輸出端 的功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種電路面積小、功率容量大的基于GaNHEMT工藝的單片 集成有源準(zhǔn)環(huán)形器。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于GaNHEMT工藝的單片集成有源準(zhǔn) 環(huán)形器，包括順次相連的發(fā)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/GaNHEMT工藝加工于一個單片上；
[0006] 所述發(fā)射支路功率放大器從發(fā)射端口開始包括順次連接的第一輸入匹配電路、第 一穩(wěn)定電路、第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1和第一輸出匹配電路：其中第一穩(wěn)定電路的輸 出端與第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的柵極連接，且第一穩(wěn)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Rggl與第一柵極偏壓輸入端Vggl相連；第一氮化 鎵晶體管GaNHEMT1的源極接地；第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的漏極與第一漏極偏壓輸 入端Vddl相連，且第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的漏極與第一漏極偏壓輸入端Vddl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Ji相連；所述集總式功分器的合成端口即為天線端口；
[0007] 所述接收支路功率放大器的結(jié)構(gòu)與發(fā)射支路功率放大器相同，從集總式功分器的 第二功分端口 開始包括順次連接的第二輸入匹配電路、第二穩(wěn)定電路、第二氮化鎵晶體 管GaNHEMT2和第二輸出匹配電路：其中第二穩(wěn)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(wěn)定電路與第二氮化鎵晶體管GaNHEMT2柵極的公共端通過第 二柵極偏置電阻Rgg2與第二柵極偏壓輸入端Vgg2相連；第二氮化鎵晶體管GaNHEMT2的源 極接地；第二氮化鎵晶體管GaNHEMT2的漏極與第二漏極偏壓輸入端Vdd2相連，且第二氮化 鎵晶體管GaNHEMT2的漏極與第二漏極偏壓輸入端Vdd2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。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：（1)融合了先進的AlGaN/GaNHEMT工 藝，采用集總元件設(shè)計威爾金森功分器，有效的減小了系統(tǒng)面積；（2)實現(xiàn)了電路尺寸的集 成化，便于系統(tǒng)或模塊設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單易行；（3)電路的功率容量更大，適用于大功率 應(yīng)用，前景廣闊。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明基于GaNHEMT工藝的單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器的原理示意圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器的傳輸增益測試結(jié)果圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器的回波損耗測試結(jié)果圖。
[0012] 圖4為本發(fā)明單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器的隔離度測試結(jié)果圖。
[0013] 圖5為本發(fā)明單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器的功率測試結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0015] 結(jié)合圖1，本發(fā)明基于GaNHEMT工藝的單片集成有源準(zhǔn)環(huán)形器，包括順次相連 的發(fā)射支路功率放大器1、集總式功分器2和接收支路功率放大器3,該三個電路均采用 AlGaN/GaNHEMT工藝加工于一個單片上；
[0016] 所述發(fā)射支路功率放大器1從發(fā)射端口開始包括順次連接的第一輸入匹配電路 4、第一穩(wěn)定電路5、第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1和第一輸出匹配電路6 :其中第一穩(wěn)定電 路5的輸出端與第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的柵極連接，且第一穩(wěn)定電路5與第一氮化 鎵晶體管GaNHEMT1柵極的公共端通過第一柵極偏置電阻Rggl與第一柵極偏壓輸入端Vggl 相連；第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的源極接地；第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的漏極與 第一漏極偏壓輸入端Vddl相連，且第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的漏極與第一漏極偏壓輸 入端Vddl的公共端與第一輸出匹配電路6的輸入端連接；所述第一輸出匹配電路6的輸出 端與集總式功分器2的第一功分端口1相連；所述集總式功分器2的合成端口即為天線端 n；
[0017] 所述接收支路功率放大器3的結(jié)構(gòu)與發(fā)射支路功率放大器1相同，從集總式功分 器2的第二功分端口 1開始包括順次連接的第二輸入匹配電路7、第二穩(wěn)定電路8、第二氮 化鎵晶體管GaNHEMT2和第二輸出匹配電路9 :其中第二穩(wěn)定電路8的輸出端與第二氮化 鎵晶體管GaNHEMT2的柵極連接，且第二穩(wěn)定電路8與第二氮化鎵晶體管GaNHEMT2柵極的 公共端通過第二柵極偏置電阻Rgg2與第二柵極偏壓輸入端Vgg2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GaNHEMT2的漏極與第二漏極偏壓輸入端Vdd2相連， 且第二氮化鎵晶體管GaNHEMT2的漏極與第二漏極偏壓輸入端Vdd2的公共端與第二輸出匹 配電路9的輸入端連接；所述第二輸出匹配電路9的輸出端接入接收端口。
[0018] 所述第一輸入匹配電路4包括第一電感Q、第二電感L2、第一電容Q，其中第一電 感U的一端與發(fā)射端口相連，第一電感Q的另一端與第二電感L2的一端連接，第二電感L2 的另一端接地，第一電感U與第二電感L2的公共端與第一電容Q的一端連接，第一電容Q 的另一端與第一穩(wěn)定電路5的輸入端相連。
[0019] 所述第一穩(wěn)定電路5包括并聯(lián)的第一電阻札和第二電容C2，第一電阻札和第二電 容C2的一個公共端與第一輸入匹配電路4中的第一電容Q連接，另一個公共端與第一氮化 鎵晶體管GaNHEMT1的柵極連接。
[0020] 所述第一輸出匹配電路6包括第三電感L3、第三電容C3和第四電容C4，其中第三 電感L3的一端與第一氮化鎵晶體管GaNHEMT1的漏極連接，第三電感1^的另一端與第三 電容C3的一端相連接，第三電容C3的另一端接地，第三電感L3與第三電容C3的公共端與第 四電容C4的一端連接，第四電容C4的另一端與集總式功分器2的第一功分端口 1連接。
[0021] 所述集總式功分器2包括第四電感L4、第五電感L5、第五電容C5、第六電容C6、第七 電容C7和隔離電阻RPD :其中第五電容C5的一端接地，第五電容C5的另一端與第四電容C4 即第一功分端口Ji相連；第五電容c5與第四電容C4的公共端分別與隔離電阻RPD的一端、 以及第四電感L4的一端相連；第四電感L4的另一端與天線端口連接，第四電感L4與天線端 口的公共端分別與第六電容c6的一端、以及第五電感1^5的一端連接，第六電容c6的另一端 接地，第五電感L5的另一端與隔離電阻RPD的另一端連接，第五電感L5與隔離電阻RPD的公 共端為集總式功分器2的第二功分端口J2，該第二功分端口J2與第七電容C7的一端相連， 第七電容c7的另一端接地。
[0022] 所述第二輸入匹配電路7包括第六電感L6、第七電感L7、第八電容C8，其中第六電 感L6的一端與集總式功分器2的第二功分端口J2相連，第六電感L6的另一端與第七電感 L7的一端連接，第七電感L7的另一端接地，第六電感L6與第七電感L7的公共端與第八電容 c8的一端相連接，第八電容C8的另一端與第二穩(wěn)定電路8的的輸入端相連。
[0023] 所述第二穩(wěn)定電路8包括并聯(lián)的第二電阻R2和第九電容C9，第二電阻R2和第九電 容c9的一個公共端與第二輸入匹配電路7中的第八電容C8連接，另一個公共端與第二氮化 鎵晶體管GaNHEMT2的柵極連接。
[0024] 所述第二輸出匹配電路9包括第八電感L8、第十電容C1(l和第十一電容Cn，其中第 八電感L8的一端與第二氮化鎵晶體管GaNHEMT2的漏極連接，第八電感L8的另一端與第十 電容C1(l的一端相連接，第十電容C1(l的另一端接地，第八電感L8與第十電容C1(l的公共端與 第i電容cn的一端連接，第^ 電容cn的另一端即為接收端口。