[发明专利]基于超宽带巴伦的0/π数字移相器

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字移相器，特别是一种基于超宽带巴伦的0/π数字移相器。

背景技术

基于超宽带巴伦的0/π数字移相器是一种主要用于数字微波通信、移动通信、雷达、电子对抗和制导仪器等电子系统设备中的电子部件。在宽带微波毫米波频段的控制电路中，数字移相器是微波毫米波主要控制电路之一，描述这种产品性能的主要技术指标有：1)工作频率带宽；2)相移位数；3)相移；4)相移精度；5)插入损耗；6)各态插入损耗差；7)各态输入和输出端电压驻波比；8)开关速度；9)电路尺寸；10)输出功率1分贝压缩电平；11)电路间电性能的一致性。0/π数字移相器的同类产品，由于设计采用的电路拓扑和工艺实现途径的缺陷，加之频带宽、相移量大，无论是采用同轴、波导、混合集成、低温共烧陶瓷立体集成电路等方式，还是采用砷化镓单片集成电路方式实现，通常电性能指标均较差。主要缺点有：1）电路拓扑复杂；2）设计难度大；3）工艺加工难度大；4）相移精度低；5）输入和输出端电压驻波比差；6）工作频率带宽较窄；7）成品率较低；8）受工艺控制参数影响，电路间电性能一致性较差；9）电路尺寸较大。

由巴伦来实现0/π数字移相，而在现代微波电路设计中，也常常需要从非平衡到平衡传输线的转换。在天线设计中，馈源的平衡馈电及天线与馈线之间的阻抗匹配也是必须要求的，如槽天线，Vivaldi天线，阿基米德天线的设计等。理想情况是设计一款尺寸小、高阻抗变比的平衡阻抗变换器。随着当今通讯技术的发展，通讯容量的不断扩大，要求天线有更宽的频带内工作。然而由于不规则形状巴伦的理论分析仍然很困难，这类巴伦的设计和使用只能靠经验和实验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路拓扑结构简单，设计简便，工艺难度小，能够提高相移精度，改善各态的输入和输出端电压驻波比，展宽工作频率带宽，减小各态插入损耗差，使电路之间电性能一致性受工艺控制参数影响最小，成品率高的基于超宽带巴伦的0/π数字移相器。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种基于超宽带巴伦的0/π数字移相器，它由超宽带巴伦（A）、宽带匹配型单刀双掷开关（B）组成，超宽带巴伦（A）信号一个输出端接宽带匹配型单刀双掷开关的一个支路的输入端，超宽带巴伦（A）信号另一个输出端接宽带匹配型单刀双掷开关的另一个支路的输入端，宽带匹配型单刀双掷开关的公共路接另一个信号输出端，K1和K2控制宽带匹配型单刀双掷开关两个支路中的一个支路导通另一个支路截止，或一个支路截止另一个支路导通，在端口P5输出。其中超宽带巴伦包括介质基板，下表面金属渐变接地板、介质基片、六个上表面金属片、共面地和共面带状线结构、五个金属化通孔及输入输出端口。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、电路拓扑简单，该移相器实际上由超宽带巴伦和宽带匹配型单刀双掷开关构成；2、设计简单，只要设计超宽带巴伦和宽带匹配型单刀双掷开关即可，而设计超宽带巴伦和宽带匹配型单刀双掷开关远比同类产品的设计简单的多；3、制造中工艺难度和控制精度远比同类产品要求低；4、成品率比同类产品高；5、电性能改善大，由于超宽带巴伦和宽带匹配型单刀双掷开关电性能较容易设计制造，所以，该移相器工作频率带宽、相移精度高、输入和输出电压驻波比低、各态插入损耗差值小，易于集成；6、电路之间电性能批量一致性好；7、成本低。

附图说明

图1为本发明基于超宽带巴伦的0/π数字移相器的电路结构框图。

图2为本发明超宽带渐变地巴伦器的结构图。

图3为本发明超宽带渐变地巴伦的俯视图。

图4为本发明超宽带渐变地巴伦的背对背测试结构图。

图5为本发明超宽带渐变地巴伦的第一输出端口和第二输出端口信号的相位差仿真结果图和第一输出端口和第二输出端口信号的幅度差仿真结果图。

图6为本发明超宽带渐变地巴伦背对背结构下的回波损耗仿真结果图。

图7为本发明超宽带渐变地巴伦背对背结构下的插入损耗仿真结果图。

图8为本发明的宽带匹配型单刀双掷开关的电路结构框图。

图9为本发明移相器的电路结构框图（含用场效应晶体管实现的宽带匹配型单刀双掷开关详细电路图）。

图10为本发明移相器的电路结构框图（含用PIN二极管实现的宽带匹配型单刀双掷开关详细电路图）。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。