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一种单电路双比特 移相器

阅读：645发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种单电路双比特移相器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种单电路双比特移相器，涉及移相器，属于基本电子电路的技术领域。该单电路双比特移相器的移相单元包含一个90°电桥耦合器和两个双比特四状态加载电抗网络。移相单元中的每一个双比特四状态加载电抗网络为T型结构或平面传输线耦合结构，其中，两段传输线通过开关接地，两个开关的通断可以实现四种阻抗状态。此单电路双比特移相器在中心频率实现四种相位状态。设计的单电路双比特器的移相单元电路中只有一个90°电桥耦合器，与传统双比特数字器比较，该移相器单元具有体积小、损耗低、易加工的优点。，下面是一种单电路双比特移相器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种单电路双比特移相器，其特征在于，该单电路双比特移相器为90°电桥耦合器和两个双比特四状态加载电抗网络组成的一个移相单元，90°电桥耦合器的输入端为该单电路双比特移相器的输入端口，90°电桥耦合器两个输出端子分别接有一个双比特四状态加载电抗网络，两个双比特四状态加载电抗网络的等效传输线输入阻抗相同。
2.根据权利要求1所述一种单电路双比特移相器，其特征在于，所述双比特四状态加载电抗网络为T型结构，包括三段微带线线，第一微带线的一端与90°电桥耦合器的一个输出端子连接，第二、第三微带线的一端均与第一微带线的另一端连接，第二微带线的另一端经过第一开关接地，第三微带线的另一端经过第二开关接地，两个双比特四状态加载电抗网络相同位置传输线所连接的开关受控于同一信号。
3.根据权利要求1所述一种单电路双比特移相器，其特征在于，所述双比特四状态加载电抗网络为T型结构，包括四段传输线，第一微带线的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，第二微带线的一端、第三微带线的一端均与第一微带线的另一端连接，第四微带线的一端与第二微带线的另一端连接，第三微带线的另一端与第四微带线的另一端连接，第二微带线和第四微带线的连接点经第一开关接地，第三微带线与第四微带线的连接点经第二开关接地，两个双比特四状态加载电抗网络相同位置传输线所连接的开关受控于同一信号。
4.根据权利要求1所述一种单电路双比特移相器，其特征在于，所述双比特四状态加载电抗网络为T型结构，包括五段传输线，第一微带线的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，第二微带线的一端、第三微带线的一端均与第一微带线的另一端连接，第三微带线的另一端经第一开关与第四微带线的一端连接，第四微带线的另一端接地，第二微带线的另一端经第二开关与第五微带线的一端连接，第五微带线的另一端接地，两个双比特四状态加载电抗网络相同位置传输线所连接的开关受控于同一信号。
5.根据权利要求1所述一种单电路双比特移相器，其特征在于，所述双比特四状态加载电抗网络为平面传输线耦合结构，包括三段微带线，第一微带线的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，第一微带线的另一端接地，第二微带线及第三微带线均与第一微带线耦合，第二微带线的一端通过第一开关接地，第二微带线的另一端接地，第三微带线的一端通过第二开关接地，第三微带线的另一端接地，两个双比特四状态加载电抗网络相同位置传输线所连接的开关受控于同一信号。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述一种单电路双比特移相器，其特征在于，双比特四状态加载电抗网络中各段微带线的特性阻抗和电长度以双比特四状态加载电抗网络在四种状态等效传输线的电长度依次为ϕ0/2、（ϕ0+ϕ1）/2、(ϕ0+ϕ2)/2、(ϕ0+ϕ1+ϕ2)/2以及对应等效传输线输入阻抗依次为50*j*tan[（ϕ0）/2]、50*j*tan[（ϕ0+ϕ1）/2]、50*j*tan[（ϕ0+ϕ2）/2]、50*j*tan[(ϕ0+ϕ1+ϕ2)/2]为目标确定，ϕ1、ϕ2为待实现双比特移相器的移相量，ϕ0为基准相位。

说明书全文

一种单电路双比特 移相器

技术领域

[0001] 本发明公开了一种单电路双比特移相器，涉及移相器，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

[0002] 21世纪是信息时代，雷达产业是一个以技术为主导的行业，雷达技术的飞速发展推动了军事信息化建设。在雷达相控阵的发展过程中，移相器起着非常重要的作用。移相器是一种对波的相位控制的装置。移相器作为相控阵雷达的核心器件，其性能好坏影响着相控雷达的性能。直径几十米的相控阵雷达的天线阵上排列了上万个信号发生器，每个发生器有一个移相器，所以研制出开关时间更短、体积更小、损耗更低的移相器对相控阵雷达性能优化有着十分重要的意义。

[0003] 传统的N位数字式移相器，一般由N个移相单元级联构成且每一个移相单元都包含一个90°电桥耦合器，最小相移量是（360°/2N），一共有2N种移相状态，这种类型的移相器移相单元多、尺寸大，损耗比较大。

发明内容

[0004] 本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种单电路双比特移相器，通过单个移相单元实现了双比特移相的功能，解决了传统移相器移相单元多和尺寸较大且损耗大的技术问题。

[0005] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：本发明利用一个90°电桥耦合器和两个双比特四状态加载电抗网络构成移相器的移相单元，移相单元中的每一个双比特四状态加载电抗网络由三段传输线构成，形成一个T型结构，其中，两段传输线通过开关接地，两个开关的通断可以实现四种阻抗状态。

[0006] 本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：（1）本发明的单电路双比特移相器通过90°电桥耦合器和两个双比特四状态加载电抗网络组成的一个移相单元在中心频率实现双比特移相状态，相较于级联多个移相单元的传统N位数字式移相器而言，减少了移相单元个数及90°电桥耦合器的个数，有效降低移相器尺寸和损耗。

[0007] （2）本发明的单电路双比特移相器采用T型结构或平面传输线耦合结构的加载电抗网络实现等效传输线电长度和输入阻抗的切换，具有尺寸小、损耗小的优点。附图说明

[0008] 图1为单电路双比特移相器的框图。

[0009] 图2为加载电路第一种理想模型的电路图。

[0010] 图3为单电路双比特移相器的微带线模型电路图。

[0011] 图4为移相器的相对相位图。

[0012] 图5为加载电路第二种理想模型的电路图。

[0013] 图6为加载电路第三种理想模型的电路图。

[0014] 图7为加载电路第四种理想模型的电路图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

[0016] 图1为单电路双比特移相的器框图。单电路双比特移相器的移相单元由90°电桥耦合器和两个双比特四状态加载电抗网络构成。通过奇偶模分析法可以计算出理想90°电桥耦合器的散射参数矩阵。90°电桥耦合器设计的主传输线采用均匀50Ω微带线，根据理想90°电桥耦合器的散射矩阵可以求得图1中特性阻抗参数的值为：Z0=50Ω。

[0017] 图2为加载电路第一种理想模型的电路图，加载电抗网络为微带线TL1、微带线TL2、微带线TL3组成的T型结构网络，微带线TL1的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，微带线TL2的一端、微带线TL3的一端均与微带线TL1的另一端连接，微带线TL2的另一端通过开关K1接地，微带线TL3的另一端通过开关K2接地。如图2所示，开关K1和开关K2的通断一共有四种组合方式，分别为00状态，01状态，10状态和11状态。00状态开关K1和开关K2均断开时，微带线TL2和微带线TL3均开路；01状态开关K1断开、开关K2闭合时，微带线TL2开路，微带线TL3短路；10状态开关K1闭合、开关K2断开时，微带线TL2短路，微带线TL3开路；11状态开关K1和开关K2均闭合时，微带线TL2和微带线TL3均短路。

[0018] 图5为加载电路第二种理想模型的电路图。加载电抗网络由四段微带线组成，第一微带线的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，第二微带线的一端、第三微带线的一端均与第一微带线的另一端连接，第四微带线的一端与第二微带线的另一端连接，第三微带线的另一端与第四微带线的另一端连接，第二微带线和第四微带线的连接点经第一开关K1接地，第三微带线与第四微带线的连接点经第二开关K2接地。开关K1和开关K2的通断一共有四种组合方式，分别为00状态，01状态，10状态和11状态。00状态开关K1和开关K2均断开时，第二微带线、第三微带线和第四微带线均开路，第一微带线、第二微带线、第三微带线构成T型网络；01状态开关K1断开、开关K2闭合时，第二为电线、第四微带线均开路，第三微带线短路，第一微带线、第二微带线以及第三、第四微带线串接组成的传输线构成T型网络；10状态开关K1闭合、开关K2断开时，第三微带线、第四微带线均开路，第二微带线短路，第一微带线、第三微带线以及第二微带线和第四微带线串接组成的传输线构成T型网络；11状态开关K1和开关K2均闭合时，第二微带线、第三微带线、第四微带线均短路，第三微带线以及第一微带线、第二微带线、第四微带线串接组成的传输线构成T型网络。

[0019] 图6为加载电路第三种理想模型的电路图。加载电抗网络由五段微带线组成，第一微带线的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，第二微带线的一端、第三微带线的一端均与第一微带线的另一端连接，第三微带线的另一端经第一开关K1与第四微带线的一端连接，第四微带线的另一端接地（也可以不接地），第二微带线的另一端经第二开关K2与第五微带线的一端连接，第五微带线的另一端接地（也可以不接地）。开关K1和开关K2的通断一共有四种组合方式，分别为00状态，01状态，10状态和11状态。00状态开关K1和开关K2均断开时，第四微带线、第五微带线均开路，第一微带线、第二微带线、第三微带线构成T型网络；01状态开关K1断开、开关K2闭合时，第四微带线开路，第五微带线短路，第一微带线、第三微带线及第二微带线和第五微带线串接组成的传输线构成T型网络；10状态开关K1闭合、开关K2断开时，第四微带线短路，第五微带线开路，第一微带线、第二微带线及第三微带线和第四微带线串接组成的传输线构成T型网络；11状态开关K1和开关K2均闭合时，第四微带线、第五微带线均短路，第一微带线、第三微带线和第四微带线串接组成的传输线、第二微带线和第五微带线串接组成的传输线构成T型网络。

[0020] 图7为加载电路第四种理想模型的电路图。加载电抗网络由三段微带线组成，第一微带线的一端接90°电桥耦合器的一个输出端子，第一微带线的另一端接地，第二微带线及第三微带线均与第一微带线耦合，第二微带线的一端通过第一开关K1接地，第二微带线的另一端接地（也可以不接地），第三微带线的一端通过第二开关K2接地，第三微带线的另一端接地（也可以不接地）。开关K1和开关K2的通断一共有四种组合方式，分别为00状态，01状态，10状态和11状态。00状态开关K1和开关K2均断开时，第二微带线、第三微带线均开路；01状态开关K1断开、开关K2闭合时，第二微带线开路，第三微带线短路；10状态开关K1闭合、开关K2断开时，第二微带线短路，第三微带线开路；11状态开关K1和开关K2均闭合时，第二微带线、第三微带线均短路。

[0021] 为实现ϕ1/ϕ2双比特移相器，加载电路中各传输线的特性阻抗和电长度分别以双比特四状态加载电抗网络在四种状态等效传输线的电长度依次为ϕ0/2、（ϕ0+ϕ1）/2、(ϕ0+ϕ2)/2、(ϕ0+ϕ1+ϕ2)/2以及对应等效传输线输入阻抗依次为50*j*tan[（ϕ0）/2]、50*j*tan[（ϕ0+ϕ1）/2]、50*j*tan[（ϕ0+ϕ2）/2]、50*j*tan[(ϕ0+ϕ1+ϕ2)/2]为目标确定，ϕ1、ϕ2为待实现双比特相移，ϕ0为可任取的基准相位。

[0022] 为实现90°/180°双比特移相器，加载电路中各传输线的特性阻抗和电长度分别以双比特四状态加载电抗网络在四种状态等效传输线的电长度依次为0、45°、90°、135°以及对应等效传输线输入阻抗依次为0、50jΩ、∞、-50jΩ为目标确定。

[0023] 根据四状态加载电抗网络在四种状态等效传输线输入阻抗值优化三段传输线的特性阻抗和电长度的值，使用优化算法（比如遗传算法），优化提取得到三段传输线的特性阻抗和电长度的值。三段传输线的特性阻抗和电长度分别为：TL1:Z=37.0110Ω，θ=73.1785°；
TL2:Z=31.5608Ω，θ=127.976°；
TL3:Z=21.3249Ω，θ=46.258°。
在微带线模型中采用相对介电常数为3.55的Rogers4003介质板作为基板。

[0024] 图3为单电路双比特移相器的微带线模型电路图。确定基板的各项参数，利用ADS的Tools-LineCalc计算可以得到3dB耦合器各段微带传输线的参数和加载电路各段微带传输线的参数，由于T型微带线的影响，仿真的相位不太理想，所以对参数进行优化，优化提取各段微带线的参数，各段微带线的长和宽分别为：L1=20.55mm，W1=1.10；L2=22.09mm，W2=1.87mm；L3=16.66 mm，W3=1.80mm，L4=28.24 mm，W4=2.14 mm，L5=12.23 mm，W5=3.87 mm。如图
3所示，设置了一个控制电路，控制电路起开关作用，二极管D1和D2的导通和截止一共有四种组合方式，D1和D2均截止对应00状态；D1截止，D2导通对应01状态；D1导通，D2截止对应10状态；D1和D2均导通对应11状态。搭建单电路双比特移相器的微带线模型，改变VC1和VC2的值，对四种状态的微带线模型电路进行仿真。频率为2GHz时，00状态的dB（S11）=-41.325，phase（S21）=-94.026°；01状态的dB（S11）=-26.764，phase（S21）=178.158°；10状态的dB（S11）=-40.386，phase（S21）=88.700°；11状态的dB（S11）=-30.482，phase（S21）=-1.996°。将00状态的相位看做基准相位，从四种状态的ADS仿真结果导出S21的相位数据，四种状态相位和00状态相位的相位差曲线图如图4所示，曲线00表示00状态和00状态相位差的曲线，曲线01表示
01状态和00状态相位差的曲线，曲线10表示10状态和00状态相位差的曲线，曲线11表示11状态和00状态相位差的曲线。

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