[0028]本发明混合集成有源环形器中用于粘贴GaN丽IC功率放大器的地方f尺寸为2.9_X2mm。威尔金森功分器的作用是给有源环形器的相邻两个端口提供必要的隔离，隔离电阻采用100欧姆的薄膜电阻，焊接处e缝隙尺寸宽度为0.8_，长度为1.1_，同时它还具有降低功率放大器增益的作用，从而可以避免功率泄露现象的发生，它的50欧姆输入端口也是有源环形器的信号输入端口 a，线宽为1.53mm，线长为8.81mm，中间是一段70.7欧姆分支传输线b,线宽为0.8mm,线长为16.6mm,最后用两个对称的50欧姆功分输出端口 c与功率放大器的输入或输出端口相连，输出端口线宽同样为1.53_，线长为8.63_。
[0029]在本发明中首次采用Si基0.35-um GaN MMIC工艺设计并加工该功率放大器，因此具备较高的功率容量。将单片功率放大器用银胶粘贴在PCB上，并烘烤固定，同时在粘贴位置附近加工金属化通孔g，以使功率放大器的背面实现接地，通孔直径为1_。在构成有源环形器时，尽量选择短且扁平的金丝键合线把单片功率放大器的输入输出端口分别与两边功分器的相邻侧功分端口相连，尽量减少键合线的高频寄生效应。
[0030]威尔金森功分器是在玻璃纤维环氧树脂覆铜板(FR4)材料上设计的，该材料厚度为0.762mm，介电常数为4.3，损耗角正切为0.02，设计时使用HFSS软件来优化性能。在中心频率2.4GHz处，Sll和隔离度都在-35dB以下，S22和S33在1.2GHz到2.8GHz的频率范围内都小于_20dB，可以实现隔离，因此输入输出阻抗都设计为50欧姆的GaNMMIC功率放大器匹配。
[0031]GaN丽IC功率放大器是使用尺寸为8X 10um的GaN HEMT进行设计的，输入匹配采用增益匹配设计，输出匹配采用功率匹配设计，输出阻抗的特殊性使得输出端采用串联的LC电路就能实现匹配。由于此次GaN丽IC工艺采用的Si介质基片的损耗较大，因此电路中电感的品质因数较低，大多小于15，考虑到这种低品质因数的电感元件在直流偏置电路中会消耗很多功率，而四分之波长传输线在2.4GHz时若在单片内实现则又太长，所以为了获得更高的效率，决定把漏极的直流偏置电路设计在PCB上。在直流偏置电路中有一个长Imm,宽0.2mm的台阶用来焊接旁路电容，并通过金属化通孔接地短路，通孔直径为1_ ；流片得到的功率放大器尺寸为1.34mmX 0.49mm。
[0032]将流片好的单片功率放大器的漏极与PCB上的直流偏置电路相连，首先在探针平台上对GaN MMIC功率放大器单独进行测试，用直流探针直接栅极偏置电路加电压，再将射频探针接在单片功率放大器的输入和输出端口，最后进行测试。在2.4GHz时，GaNMMIC功率放大器的回波损耗为_18dB，小信号增益为9.ldB，在漏极电压为7V的条件下输出最大功率为26.SdBm,因此它在为有源环形器提供一定的传输增益的同时，也能承受较大的输入功率，可靠性高，适用于大功率应用。
[0033]本发明混合集成有源环形器，通过金丝键合线把3个GaN MMIC功率放大器和FR4上的3个威尔金森功分器相连，在GaN MMIC功率放大器需要接地的位置都打了通孔，通过SMA接头进行测试，与SMA接头相连的接地金属片尺寸为7mmX6.8mm。在测试时，其中两个端口与测试仪器相连，剩下一个端口与50欧姆阻抗相连，以满足实际环行器的应用要求。需要特别声明的是，尽管这些MMIC功率放大器以及功分器都是分别采用相同的工艺方式生产的，但它们之间的性能仍有差别，因此有源环形器的3条传输通道的性能也有细微的差别，从图4和图5的测试结果中就能发现这种差别。
[0034]根据图3的小信号测试结果，在2.4GHz时，发射端口与天线端口间的传输增益为
2.72dB,天线端口与接收端口间的传输增益为2.77dB,接收端口与发射端口间的传输增益为2.07dB，各端口的回波损耗均小于-10.8dB ;而在频率为2.35GHz时电路性能达到最好，传输增益达到最大值，发射端口到天线端口的传输增益为3.0dB，天线端口到接收端口传输增益为2.9dB，接收端口到发射端口传输增益为2.7dB，各端口回波损耗均小于-12.5dB ;由于GaN MMIC功率放大器的增益相对较低，因而使得有源环行器的传输增益也相对较低，从而在本设计中并没有出现功率泄露的现象。图4的测试结果表明，在1.2GHz到3.4GHz的频率范围，3个端口之间的隔离度都大于20dB。
[0035]本发明混合集成有源环形器的功率测试方法与小信号测试方法类似，漏极偏置电压设置为7V，测试结果如图5所示，三个端口的输出功率分别为21.2dBm，19.5dBm,20.1 dBm, IdB压缩点处的输入功率约为9.4dBm-15.4dBm。
[0036]综上所述，本发明基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，电路尺寸更小，结构设计简单易行，适用于集成电路设计；采用GaN功率放大器，使电路的功率容量更大，适用于高功率场合；更加切合实际应用且应用范围很广。
【主权项】
1.一种基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器,其特征在于,包括第一威尔金森功分器(I)、第二威尔金森功分器(2)、第三威尔金森功分器(3)、第一功率放大器(4)、第二功率放大器(5)和第三功率放大器(6)，所述三个功率放大器均采用AlGaN/GaN HEMT工艺加工于一个单片上，三个威尔金森功分器均在PCB上加工，威尔金森功分器与功率放大器之间通过金丝键合线进行互连； 所述第一威尔金森功分器(I)的功率合成端口即为发射端口，第一威尔金森功分器(I)的一个功分端口通过第二金丝键合线BW2与第一功率放大器(4)的射频输入端口连接、另一个功分端口通过第一金丝键合线BWl与第三功率放大器(6)的射频输出端口连接；第一功率放大器(4)的射频输出端口与第二威尔金森功分器(2)的一个功分端口通过第五金丝键合线BW5连接，第二威尔金森功分器(2)的功率合成端口即为天线端口，第二威尔金森功分器(2)的另一个功分端口与第二功率放大器(5)的射频输入端口通过第六金丝键合线BW6连接；第二功率放大器(5)的射频输出端口通过第九金丝键合线BW9与第三威尔金森功分器(3)的一个功分端口连接，第三威尔金森功分器(3)的功率合成端口即为接收端口，第三威尔金森功分器(3)的另一个功分端口通过第十金丝键合线BWlO与第三功率放大器(6)的射频输入端口连接。
2.根据权利要求1所述的基于GaNMMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述第一威尔金森功分器(I)包括第一微带传输线TL1、第二微带传输线TL2、第三微带传输线TL3、第四微带传输线TL4、第五微带传输线TL5和第一隔离电阻R1，其中第一微带传输线TL1、第四微带传输线TL4以及第五微带传输线TL5的特性阻抗均为50欧姆、电长度均为四分之一波长；第二微带传输线TL2和第三微带传输线TL3的特性阻抗均为70.7欧姆、电长度均为四分之一波长； 所述第一微带传输线TLl的一端为发射端口、另一端与第二微带传输线TL2的一端连接，第一微带传输线TLl和第二微带传输线TL2的公共端与第三微带传输线TL3的一端连接，第二微带传输线TL2的另一端与第一隔离电阻R1连接，第二微带传输线TL2与第一隔离电阻R1的公共端与第四微带传输线TL4的一端连接；第一隔离电阻R1的另一端与第三微带