CN104868212B - 基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，包括3个威尔金森功分器和3个功率放大器，所述3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；所述威尔金森功分器的功率合成端口分别分发射端口、天线端口和接收端口，相邻威尔金森功分器之间分别放置一个功率放大器，威尔金森功分器的功分端口分别接入相邻功率放大器的射频端口，形成顺时针方向的通路且整个系统具有非互易工作性能。本发明具有集成度高、电路体积小、功率容量高的优点。
Description
技术领域
本发明属于微波毫米波混合集成电路，特别是一种基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器。
背景技术
在连续波体制的微波、毫米波系统的收发组件中，环形器常被用来隔离发送信号和接收信号。目前通常使用的是无源环形器，利用铁氧体材料的固有特性来实现器件的非互易特性。基于铁氧体材料的器件通常具有损耗低、稳定性高以及功率容量大等优点，但是它的体积较大，而且铁氧体材料在半导体工艺中很难集成，因此不能满足当今系统集成化、小型化的需求。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，除了具备基本的环行器的非互易特性外，其尺寸更小，并且采用的是半导体工艺技术，所以非常适用于系统或模块的集成化设计。
当前，有源环形器一般采用印刷电路板（PCB）或微波单片集成电路（MMIC）的工艺来实现。对于纯PCB实现方式，所设计的电路应用频率会受到限制，并且匹配电路和直流偏置电路等外围电路会使得整体电路尺寸较大。而MMIC工艺则可以使整体电路的尺寸非常紧凑。当前比较成熟的工艺是互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，已经有不少的研究者做了一些研究工作。但基于CMOS工艺的电路功率容量较小，击穿电压也相对较低，通常被应用于消费类电子，或要求低功耗的场合，并不能用于目前高速发展的民用或军用相控阵雷达，因为雷达的发射功率通常较高，需要系统中各子电路均能够承受较高的功率，因此，基于CMOS工艺的器件或电路并不能适应当前高功率雷达发射系统的应用需求。
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，但是它的体积大，重量大，需要额外的磁偏置，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。而在当前基于微波混合集成电路工艺或单片集成电路工艺的有源环形器中，互补型金属氧化物半导体（CMOS）工艺最为常见，但其只能应用于较低功率的应用场合，无法满足当前机载雷达，空基预警等需求。而对于已经非常成熟的GaAs HEMT器件，则需要较大尺寸的晶体管，从而使晶体管的输入输出阻抗较小，寄生电容较大，给设计带来了较大的麻烦，并且提高了成本。而随着第三代半导体材料GaN的问世，其高功率密度，高崩溃电压等优异的特性引起了广泛的关注，当前已有的混合集成有源环行器的设计通常基于封装的未匹配晶体管，在设计时需要在外围设计输入输出匹配电路以及其它电路，因此导致集成度较低，体积较大，功率容量低。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成度高、电路体积小、功率容量高的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，包括第一威尔金森功分器、第二威尔金森功分器、第三威尔金森功分器、第一功率放大器、第二功率放大器和第三功率放大器，所述三个功率放大器均采用AlGaN/GaNHEMT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的功率合成端口即为发射端口，第一威尔金森功分器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BW1与第三功率放大器的射频输出端口连接；第一功率放大器的射频输出端口与第二威尔金森功分器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的功率合成端口即为天线端口，第二威尔金森功分器的另一个功分端口与第二功率放大器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的一个功分端口连接，第三威尔金森功分器的功率合成端口即为接收端口，第三威尔金森功分器的另一个功分端口通过第十金丝键合线BW10与第三功率放大器的射频输入端口连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）电路尺寸更小，结构设计简单易行，适用于集成电路设计；（2）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；（3）更加切合实际应用，且应用范围很广。
附图说明
图1为本发明基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器的电路原理图。
图2为本发明基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环形器的电路俯视图。
图3为本发明混合集成有源环形器的传输增益和回波损耗测试结果图。
图4为本发明混合集成有源环形器的隔离度测试结果图。
图5为本发明混合集成有源环形器的输出功率测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，包括第一威尔金森功分器1、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1的功率合成端口即为发射端口，第一威尔金森功分器1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BW1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BW10与第三功率放大器6的射频输入端口连接。
所述第一威尔金森功分器1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TL1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TL1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传输线TL3的另一端连接，第一隔离电阻R1与第三微带传输线TL3的公共端与第五微带传输线TL5的一端连接；第四微带传输线TL4的另一端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，第五微带传输线TL5的另一端通过第一金丝键合线BW1与第三功率放大器6的射频输出端口相连接。
所述第二威尔金森功分器2包括第八微带传输线TL8、第九微带传输线TL9、第十微带传输线TL10、第十一微带传输线TL11、第十二微带传输线TL12和第二隔离电阻R2，其中第八微带传输线TL8、第十一微带传输线TL11以及第十二微带传输线TL12的特性阻抗均为50欧姆、电长度均为四分之一波长；第十微带传输线TL10和第九微带传输线TL9的特性阻抗均为70.7欧姆、电长度均为四分之一波长；所述第八微带传输线TL8的一端为天线端口、另一端与第十微带传输线TL10的一端连接，第八微带传输线TL8和第十微带传输线TL10的公共端与第九微带传输线TL9的一端连接，第十微带传输线TL10的另一端与第二隔离电阻R2连接，第十微带传输线TL10与第二隔离电阻R2的公共端与第十二微带传输线TL12的一端连接；第二隔离电阻R2的另一端与第九微带传输线TL9的另一端连接，第二隔离电阻R2与第九微带传输线TL9的公共端与第十一微带传输线TL11的一端连接；第十二微带传输线TL12的另一端通过第六金丝键合线BW6与第二功率放大器5的射频输入端口连接，第十一微带传输线TL11的另一端通过第五金丝键合线BW5与第一功率放大器4的射频输出端口连接。
所述第二威尔金森功分器3包括第十五微带传输线TL15、第十六微带传输线TL16、第十七微带传输线TL17、第十八微带传输线TL18、第十九微带传输线TL19和第三隔离电阻R3，其中第十五微带传输线TL15、第十八微带传输线TL18以及第十九微带传输线TL19的特性阻抗均为50欧姆、电长度均为四分之一波长；第十七微带传输线TL17和第十六微带传输线TL16的特性阻抗均为70.7欧姆、电长度均为四分之一波长；所述第十五微带传输线TL15的一端为接收端口、另一端与第十七微带传输线TL17的一端连接，第十五微带传输线TL15与第十七微带传输线TL17的公共端与第十六微带传输线TL16的一端连接，第十七微带传输线TL17的另一端与第三隔离电阻R3连接，第十七微带传输线TL17和第三隔离电阻R3的公共端与第十九微带传输线TL19的一端连接；第三隔离电阻R3的另一端与第十六微带传输线TL16的另一端连接，第三隔离电阻R3和第十六微带传输线TL16的公共端与第十八微带传输线TL18的一端连接；第十九微带传输线TL19的另一端通过第十金丝键合线BW10与第三功率放大器6的射频输入端口连接，第十八微带传输线TL18的另一端通过第九金丝键合线BW9与第二功率放大器5的射频输出端口相连接。
所述第一功率放大器4包括第一单片集成功率放大器Amp1、第三金丝键合线BW3、第四金丝键合线BW4、第六微带传输线TL6和第七微带传输线TL7；所述第一单片集成功率放大器Amp1的信号输入端即为第一功率放大器4的射频输入端，第一单片集成功率放大器Amp1的信号输出端即为第一功率放大器4的射频输出端，第一单片集成功率放大器Amp1的第一直流偏压输入端通过第三金丝键合线BW3与第六微带传输线TL6的一端相连，第六微带传输线TL6的另一端即为第一栅极偏压输入端Vgg1，第一单片集成功率放大器Amp1的第二直流偏压输入端通过第四金丝键合线BW4与第七微带传输线TL7的一端相连，第七微带传输线TL7的另一端即为第一漏极偏压输入端Vdd1。
所述第二功率放大器5包括第二单片集成功率放大器Amp2、第七金丝键合线BW7、第八金丝键合线BW8、第十三微带传输线TL13和第十四微带传输线TL14；所述第二单片集成功率放大器Amp2的信号输入端即为第二功率放大器5的射频输入端，第二单片集成功率放大器Amp2的信号输出端即为第二功率放大器5的射频输出端，第二单片集成功率放大器Amp2的第一直流偏压输入端通过第七金丝键合线BW7与第十三微带传输线TL13的一端相连，第十三微带传输线TL13的另一端即为第二栅极偏压输入端Vgg2，第二单片集成功率放大器Amp2的第二直流偏压输入端通过第八金丝键合线BW8与第十四微带传输线TL14的一端相连，第十四微带传输线TL14的另一端即为第二漏极偏压输入端Vdd2。
所述第三功率放大器6包括第三单片集成功率放大器Amp3、第十一金丝键合线BW11、第十二金丝键合线BW12、第二十微带传输线TL20和第二十一微带传输线TL21；所述第三单片集成功率放大器Amp3的信号输入端即为第三功率放大器6的射频输入端，第三单片集成功率放大器Amp3的信号输出端即为第三功率放大器6的射频输出端，第三单片集成功率放大器Amp3的第一直流偏压输入端通过第十一金丝键合线BW11与第二十微带传输线TL20的一端相连，第二十微带传输线TL20的另一端即为第三栅极偏压输入端Vgg3，第三单片集成功率放大器Amp3的第二直流偏压输入端通过第十二金丝键合线BW12与第二十一微带传输线TL21的一端相连，第二十一微带传输线TL21的另一端即为第三漏极偏压输入端Vdd3。
所述三个功率放大器中晶体管的栅极直流偏置电路均为单片内实现、漏极直流偏置电路均通过外接PCB工艺实现，通过金丝键合线将单片与PCB上的漏极直流偏置电路相连。功率放大器的作用是为顺时针方向上的通路提供传输增益，这样可以避免无源环行器的插入损耗造成的功率衰减，利用功率放大器本身的特性实现整个系统的非互易工作性能。通常基于PCB的功率放大器包括输入输出匹配电路及偏置电路，因此结构较大，为使总体结构更加紧凑，采用GaN MMIC工艺设计并加工该功率放大器具备较高的功率容量。将流片好的单片功率放大器用银胶粘在PCB上并烘烤固定，同时在粘贴位置附近加工金属化通孔，以使功率放大器的背面实现接地。
威尔金森功分器的作用是为有源环行器中相邻的两个端口提供必要的隔离，同时具有降低功率放大器增益的作用，以避免功率泄漏现象的发生。在构成有源环形器时，尽量用短且扁平的金丝键合线将单片功率放大器的输入输出端口与功分器的两个功分端口相连，这样可以尽可能地减少键合线的高频寄生效应。该有源环行器的三个接口采用通用SMA接头连接，便于测试。所述三个功率放大器中晶体管的AlGaN/GaN HEMT工艺栅长为0.15μm、0.25μm或0.35μm。
结合图2，本发明混合集成有源环形器由3个GaN MMIC功率放大器和3个基于PCB的威尔金森功分器组成。具体结构包括威尔金森功分器的50欧姆输入端口a；威尔金森功分器的中间70.7欧姆分支传输线b；其中一个威尔金森功分器的50欧姆输出端口c；第二个威尔金森功分器的50欧姆输出端口d；威尔金森功分器中用于焊接100欧姆电阻的位置e；用于粘贴GaN MMIC功率放大器的地方f；接地金属化通孔g，用于单片功率放大器的接地；单片功率放大器的直流偏置电路h；用于直流偏置电路中焊接旁路电容的台阶i；接地金属化通孔j，用于偏置电路旁路电容的短路；接地金属片用于固定SMA接头一端k；接地金属片用于固定SMA接头另一端l。
实施例1
本发明混合集成有源环形器中，单片功率放大器尺寸为1.34mm×0.49mm，它的作用是给两个沿顺时针方向的相邻端口间的传输通道提供传输增益，同时利用功率放大器的单向传输特性实现整个系统的非互易工作。
本发明混合集成有源环形器中用于粘贴GaN MMIC功率放大器的地方f尺寸为2.9mm×2mm。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0.8mm，长度为1.1mm，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1.53mm，线长为8.63mm。
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1mm。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。
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，S11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。
GaN MMIC功率放大器是使用尺寸为8×100um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 MMIC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1mm，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1mm；流片得到的功率放大器尺寸为1.34mm×0.49mm。
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9.1dB，在漏极电压为7V的条件下输出最大功率为26.8dBm，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。
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7mm×6.8mm。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。
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。
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，20.1dBm，1dB压缩点处的输入功率约为9.4dBm-15.4dBm。
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。
Claims (9)
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(1)、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)，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(1)的功率合成端口即为发射端口，第一威尔金森功分器(1)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BW1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BW10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GaN MMIC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(1)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TL1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TL1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传输线TL3的另一端连接，第一隔离电阻R1与第三微带传输线TL3的公共端与第五微带传输线TL5的一端连接；第四微带传输线TL4的另一端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，第五微带传输线TL5的另一端通过第一金丝键合线BW1与第三功率放大器(6)的射频输出端口相连接。
3.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述第二威尔金森功分器(2)包括第八微带传输线TL8、第九微带传输线TL9、第十微带传输线TL10、第十一微带传输线TL11、第十二微带传输线TL12和第二隔离电阻R2，其中第八微带传输线TL8、第十一微带传输线TL11以及第十二微带传输线TL12的特性阻抗均为50欧姆、电长度均为四分之一波长；第十微带传输线TL10和第九微带传输线TL9的特性阻抗均为70.7欧姆、电长度均为四分之一波长；
所述第八微带传输线TL8的一端为天线端口、另一端与第十微带传输线TL10的一端连接，第八微带传输线TL8和第十微带传输线TL10的公共端与第九微带传输线TL9的一端连接，第十微带传输线TL10的另一端与第二隔离电阻R2连接，第十微带传输线TL10与第二隔离电阻R2的公共端与第十二微带传输线TL12的一端连接；第二隔离电阻R2的另一端与第九微带传输线TL9的另一端连接，第二隔离电阻R2与第九微带传输线TL9的公共端与第十一微带传输线TL11的一端连接；第十二微带传输线TL12的另一端通过第六金丝键合线BW6与第二功率放大器(5)的射频输入端口连接，第十一微带传输线TL11的另一端通过第五金丝键合线BW5与第一功率放大器(4)的射频输出端口连接。
4.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述第二威尔金森功分器(3)包括第十五微带传输线TL15、第十六微带传输线TL16、第十七微带传输线TL17、第十八微带传输线TL18、第十九微带传输线TL19和第三隔离电阻R3，其中第十五微带传输线TL15、第十八微带传输线TL18以及第十九微带传输线TL19的特性阻抗均为50欧姆、电长度均为四分之一波长；第十七微带传输线TL17和第十六微带传输线TL16的特性阻抗均为70.7欧姆、电长度均为四分之一波长；
所述第十五微带传输线TL15的一端为接收端口、另一端与第十七微带传输线TL17的一端连接，第十五微带传输线TL15与第十七微带传输线TL17的公共端与第十六微带传输线TL16的一端连接，第十七微带传输线TL17的另一端与第三隔离电阻R3连接，第十七微带传输线TL17和第三隔离电阻R3的公共端与第十九微带传输线TL19的一端连接；第三隔离电阻R3的另一端与第十六微带传输线TL16的另一端连接，第三隔离电阻R3和第十六微带传输线TL16的公共端与第十八微带传输线TL18的一端连接；第十九微带传输线TL19的另一端通过第十金丝键合线BW10与第三功率放大器(6)的射频输入端口连接，第十八微带传输线TL18的另一端通过第九金丝键合线BW9与第二功率放大器(5)的射频输出端口相连接。
5.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述第一功率放大器(4)包括第一单片集成功率放大器Amp1、第三金丝键合线BW3、第四金丝键合线BW4、第六微带传输线TL6和第七微带传输线TL7；所述第一单片集成功率放大器Amp1的信号输入端即为第一功率放大器(4)的射频输入端，第一单片集成功率放大器Amp1的信号输出端即为第一功率放大器(4)的射频输出端，第一单片集成功率放大器Amp1的第一直流偏压输入端通过第三金丝键合线BW3与第六微带传输线TL6的一端相连，第六微带传输线TL6的另一端即为第一栅极偏压输入端Vgg1，第一单片集成功率放大器Amp1的第二直流偏压输入端通过第四金丝键合线BW4与第七微带传输线TL7的一端相连，第七微带传输线TL7的另一端即为第一漏极偏压输入端Vdd1。
6.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述第二功率放大器(5)包括第二单片集成功率放大器Amp2、第七金丝键合线BW7、第八金丝键合线BW8、第十三微带传输线TL13和第十四微带传输线TL14；所述第二单片集成功率放大器Amp2的信号输入端即为第二功率放大器(5)的射频输入端，第二单片集成功率放大器Amp2的信号输出端即为第二功率放大器(5)的射频输出端，第二单片集成功率放大器Amp2的第一直流偏压输入端通过第七金丝键合线BW7与第十三微带传输线TL13的一端相连，第十三微带传输线TL13的另一端即为第二栅极偏压输入端Vgg2，第二单片集成功率放大器Amp2的第二直流偏压输入端通过第八金丝键合线BW8与第十四微带传输线TL14的一端相连，第十四微带传输线TL14的另一端即为第二漏极偏压输入端Vdd2。
7.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述第三功率放大器(6)包括第三单片集成功率放大器Amp3、第十一金丝键合线BW11、第十二金丝键合线BW12、第二十微带传输线TL20和第二十一微带传输线TL21；所述第三单片集成功率放大器Amp3的信号输入端即为第三功率放大器(6)的射频输入端，第三单片集成功率放大器Amp3的信号输出端即为第三功率放大器(6)的射频输出端，第三单片集成功率放大器Amp3的第一直流偏压输入端通过第十一金丝键合线BW11与第二十微带传输线TL20的一端相连，第二十微带传输线TL20的另一端即为第三栅极偏压输入端Vgg3，第三单片集成功率放大器Amp3的第二直流偏压输入端通过第十二金丝键合线BW12与第二十一微带传输线TL21的一端相连，第二十一微带传输线TL21的另一端即为第三漏极偏压输入端Vdd3。
8.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述三个功率放大器中晶体管的栅极直流偏置电路均为单片内实现、漏极直流偏置电路均通过外接PCB工艺实现，通过金丝键合线将单片与PCB上的漏极直流偏置电路相连。
9.根据权利要求1所述的基于GaN MMIC功率放大器的混合集成有源环行器，其特征在于，所述三个功率放大器中晶体管的AlGaN/GaN HEMT工艺中晶体管的栅长为0.35μm。
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