[发明专利]有源无源混合型微波移相器

说明书

本发明公开了有源无源混合型微波移相器，涉及移相芯片，属于基本电子电路的技术领域。该有源无源混合型微波移相器包含无源移相部分、有源移相部分和数字控制部分，有源移相部分和无源移相部分在数字控制部分的控制下进行大位移相和小位移相，既可以规避现有无源结构和有源结构的缺陷，又能根据需求灵活分配移相位，版图布置灵活，控制信号简单，芯片集成度高，可广泛应用于微波毫米波相控阵芯片中，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明公开了有源无源混合型微波移相器，涉及微电子与固体电子学的射频与微波集成电路设计领域，具体涉及一种微波频段的数字移相电路，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

相控阵在下一代无线通信和雷达中应用广泛，近年来，基于硅基工艺的相控阵芯片成为国内外的研究热点。超宽带有源相控阵技术的发展对天线波束控制的要求不断提高，超宽带有源相控阵技术的关键部分高精度微波毫米波移相器吸引了越来越多的关注和研究。

移相器是一种主要用于对射频和微波传输信号的相位进行控制的二端口网络。半导体移相器常采用开关网络型、电桥反射型、开关线型等无源结构，制备半导体移相器的化合物半导体工艺在国内外相关的应用已比较成熟；有源矢量合成结构提出的时间相对较晚，2007年美国加州大学圣迭戈分校的kwang-Jin Koh和Gabriel M.Rebeiz首先提出了采用矢量合成原理的4位有源移相器的完整设计方法，该结构特别适合于高集成度的标准硅基工艺，之后有源矢量合成移相结构被越来越多地应用在相控阵芯片设计中。

移相器的主要性能指标包括：1）工作频带；2）移相范围；3）移相精度；4）插入损耗；5）输入输出驻波比；6）承受功率。无源结构通过切换无源网络来得到需要的相移，通常需要级联各个移相位来实现多位高精度的数字移相器，但是每位之间互相牵引导致不容易设计，且集成度低，损耗大，占用芯片面积大。有源矢量合成结构对所需合成的正交信号的幅度和相位一致性要求较高，高频尤其是毫米波有源矢量合成移相器设计难度大，特别的，其中的小位移相位对I路和Q路的寄生效应相当敏感，实现多位高精度移相也较为困难，且一般有源矢量合成移相结构的线性度较低。

因此，采用无源结构和有源结构，特别是基于硅基工艺设计多位毫米波移相器都较为困难。实际设计中需要综合考虑各项指标要求，选择有源或无源移相结构，进一步地亟需一种紧凑的有源无源混合型结构来实现多位高精度微波毫米波数字移相器。

针对有源移相器和无源移相器的缺陷，目前已有将有源和无源结构相结合的移相器。申请号为2017111442305名称为“基于有源和无源相结合的X波段5位移相器”的专利（西安电子科技大学，李振荣等）提出一种X波段5位移相器，如图11所示，采用开关滤波器结构实现45°、22.5°和11.25°小位移相，后级通过有源巴伦、差分缓冲器和正交信号发生器产生正负两个同相信号和正负两个正交信号，采用四选一开关电路切换这四路信号实现90°步进的大位移相。该电路结合了有源和无源移相结构，通过开关滤波器结构实现45°以下的小位移相，但滤波器的数目随着移相位数要求的提高而增加，插入损耗变大，芯片面积也变大。采用四选一开关电路切换四路信号实现90°步进的大位移相，其它三路信号通路也耗能，且电路移相控制信号复杂，不易向更高移相位扩展。

发明内容

本发明针对上述背景技术的不足，提供了有源无源混合型微波移相器，充分利用无源移相的高线性度和有源移相的高增益，在紧凑的电路版图上加以简单的控制信号即可实现多位高精度移相，解决了现有有源无源混合移相器的电路版图随移相位数的增加而增大以及移相控制信号复杂的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案。

本发明提供的有源无源混合型微波移相器包含无源移相部分、有源移相部分和数字控制部分。