CN101110489A - 可变射频信号移相电路及射频信号移相方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变射频信号移相电路，包括一个3dB电桥，所述3dB电桥连接有两个谐振电路，所述谐振电路包括可变电容，所述可变电容与3dB电桥之间，以及可变电容与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接。本发明还公开了一种射频信号移相方法，所述射频信号进入所述3dB电桥之后分为完全对称的两路，分别进入两个谐振电路，对所述两个谐振电路的可变电容和50Ω微带线进行调节，使得通过所述第一谐振电路和第二谐振电路的两路信号的相位发生变化，之后两路信号经过反射回3dB电桥并重新合成，由所述3dB电桥隔离端输出。本发明结构简单，易于实现，成本较低，调节范围大，信号插损小，可以对移相器移相范围和步进的电压控制。

Description

可变射频信号移相电路及射频信号移相方法

技术领域

本发明涉及一种信号移相电路，尤其是一种可变射频信号移相电路。本发明还涉及一种射频信号移相方法。

背景技术

射频功率放大器在无线通信领域有着广泛的应用。近年来，随着信号调制方式的增多，对于功放的效率和线性度要求日益提高，因此前馈技术被广泛的引用到功放设计中来，而信号的移相是实现该技术的核心条件之一。

在以往的射频电路移相器设计中，虽然电路外形多种多样，但是原理通常都是利用信号通过电容器件而产生相位移动，只是根据移相器在不同环境下的应用才衍生出不同的电路设计形式和特点。

例如公开号为CN1094855A的中国专利，公开了一种工作在X波段以下的压控微波移相器，它是利用分布参数电路设计的一种模拟压控移相器。该方案由环行器和反射移相终端盒构成。该发明方案可以适用于集成环境下的微波电路设计且调相范围较宽，但环行器的使用则将移相器的机械结构复杂化，并相应增加了电路的成本。

再例如公开号为CN1274199A的中国专利，其公开了一种正斜率可调宽带移相器，移相原理是利用了串并联谐振电路的特性曲线来获得正斜率的移相，并通过对电阻电容的调节来改变移相的斜率和范围。该电路被控元件较多，控制较复杂，且电路插入损耗以及驻波性能会随相位变化而变化，会对系统的稳定性造成影响。

又如专利号为US4638269的美国专利，其名称为“wide band microwaveanalog phase shifter”，公开了一种宽带微波模拟移相器，它是工作于X波段的单片集成移相器，不适合于工作在S波段。

前馈放大器的结构如图1所示，该放大器由环路1和环路2组成，主信号通过功分器转移到误差环路中进行环路对消1产生失真信号，失真信号通过放大器放大和移相器处理在环路2对消中实现失真对消，从而实现前馈功能。

对消的过程是通过信号矢量相加而得到的，即信号的振幅相等但相位相反。信号必须满足180度相位差异，由图1可以看到主环和误差环路的两个移相器是必不可少的射频电路。在实际电路当中，由于前馈电路系统的离散性，至少需要300度以上的移相能力才可满足前馈对消功能的实现。目前通用的可变移相器的移相范围大概为100度，如果要获得更大范围的移相范围，则需要采用3～4个移相器电路级联，如图1所示，这增加了移相器功能实现的复杂程度和成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可变射频信号移相电路，以及利用该电路实现的射频信号移相方法，能够对较宽频率范围内射频信号的相位进行大范围的调节，信号插损小，而且可以实现对移相器移相范围和步进的电压控制，能够保证前馈功放系统在电路离散性大的情况下信号对消功能的实现质量和适应能力，还要求简单易行，成本低。

为解决上述技术问题，本发明可变射频信号移相电路的技术方案是，包括一个3dB电桥，所述3dB电桥的两个相位端连接有第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路包括可变电容D1，所述可变电容D1与所述3dB电桥之间，以及所述可变电容D1与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接，所述第二谐振电路包括可变电容D2，所述可变电容D2与所述3dB电桥之间，以及所述可变电容D2与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接。

本发明射频信号移相方法的技术方案是，所述射频信号进入所述3dB电桥之后分为完全对称的两路，所述两路信号分别进入第一谐振电路和第二谐振电路，对所述第一谐振电路和所述第二谐振电路的可变电容D1、D2以及与所述可变电容D1、D2相连接的四段50Ω微带线的长度进行调节，使得通过所述第一谐振电路和第二谐振电路的两路信号的相位发生变化，之后两路信号经过反射回3dB电桥并重新合成，由所述3dB电桥的隔离端输出。

本发明通过两个谐振电路对于射频信号的相位进行调节，其结构简单，易于实现，成本较低，对较宽频率范围内射频信号的相位可以进行大范围的调节，信号插损小，而且可以对移相器移相范围和步进的电压控制，还能够保证前馈功放系统在电路离散性大的情况下信号对消功能的实现质量和适应能力，进一步完善和改进了前馈功放技术。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为前馈功率放大器电路的结构图；

图2为本发明可变射频信号移相电路的结构图；

图3为本发明可变射频信号移相电路另一实施例的结构图；

图4为LC振荡电路原理图；

图5为谐振电路阻抗与频率的曲线图；

图6为变容二极管电容与电压的曲线图；

图7为采用本发明实现的相位超前移动的示意图；

图8为采用本发明实现的相位滞后移动的示意图。

具体实施方式

本发明可变射频信号移相电路，其结构可参见图2所示，包括一个3dB电桥，所述3dB电桥的两个相位端连接有第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路包括可变电容D1，所述可变电容D1与所述3dB电桥之间，以及所述可变电容D1与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接，所述第二谐振电路包括可变电容D2，所述可变电容D2与所述3dB电桥之间，以及所述可变电容D2与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接。

所述可变电容D1和D2为压控变容器件，电压控制端VCC连接到所述压控变容器件D1与3dB电桥之间，以及所述压控变容器件D2与3dB电桥之间。所述压控变容器件D1和D2为变容二极管。

如图3所示，所述3dB电桥的信号输入端连接有一段50Ω微带线。所述3dB电桥的隔离端也连接有一段50Ω微带线。

所述第一谐振电路中，所述可变电容D1与3dB电桥之间还设置有一电容C1，所述第二谐振电路中，所述可变电容D2与3dB电桥之间还设置有一电容C2。所述电容C1和C2可作为隔直电容。

本发明可变射频信号移相电路位于功放前级小信号电路当中。

当高频信号通过电感、电容等非线性电气元件时都会产生相位的改变。数学式A＊sin(ωt+)中的是初相，信号通过理想电容时电流的相位会落后电压的相位90度，通过理想电感时电流的相位则超前电压的相位90度。

LC振荡电路的结构可参见图4所示，其谐振特性可参见图5所示。当通过信号的频率处在谐振曲线容性区时，信号相位出现滞后；当通过信号的频率处在谐振曲线感性区时，信号相位出现超前。

可变电容二极管的压控特性如图6所示，利用该特性对谐振曲线进行调节，可以获得大范围的相位移动。

本发明还提供了一种利用如上述电路实现的射频信号移相方法，所述射频信号进入所述3dB电桥之后分为完全对称的两路，所述两路信号分别进入第一谐振电路和第二谐振电路，对所述第一谐振电路和所述第二皆振电路的可变电容D1、D2以及与所述可变电容D1、D2相连接的四段50Ω微带线的长度进行调节，使得通过所述第一谐振电路和第二谐振电路的两路信号的相位发生变化，之后两路信号经过反射回3dB电桥并重新合成，由所述3dB电桥的隔离端输出。通过控制电压端VCC变化可以对所述压控变容器件D1和D2进行控制。

本发明利用3dB电桥与变容二极管构成了串联LC谐振电路，3dB电桥的传输特性使射频信号由RFin进入电桥后均分为两路进入变容器件和50Ω微带线构成的谐振电路，信号通过电抗器件会发生一定程度的相移，调节50Ω微带线的长度并改变变容二极管D1和D2的控制电压值VCC，50Ω微带线的电感特性与变容二极管的电容特性相中和，使谐振电路的特性曲线发生改变，从而调节通过信号的相移程度。由于接地端阻抗失配，射频信号会反射回电桥并重新合路返回到输出端，此时的信号已经完成移相处理，并且能量保存较好。该电路的对称设计使得电路插损较小，而50Ω微带线在高频时可以代替谐振电路中的电感L，选定电阻R1和R2数值并改变控制电压VCC，可以对电路谐振曲线进行调节。

由公式 $f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_R\×C_R}}$ 可知，相应的电路谐振频率升高，则射频信号在电路谐振曲线中所处位置会发生改变，信号通过电路的相位也产生相应变化，由此而实现了移相功能。

图7所示为相位超前移动的示意图，f1到f2为系统的通频带，phase2、phase4、phase6表征通频带下边缘f1对应的信号相位，phase1、phase3、phase5表征通频带上边缘f2对应的信号相位。进行相位调节之前，系统输出信号的相位从phase1到phase2，相位平坦度：

phase balance＝phase1-phase2＝1度；

将系统中移相电路的变容二极管控制端电压VCC提升1伏，可以得到对相位进行调节之后的系统输出信号，通带内信号整体向上抬升了20度以上：

phase4-phase2＝20度；

如果继续增加移相电路的变容二极管控制端电压VCC，可以看到输出信号的相位继续超前移动，直到到达矢网分析仪屏幕显示上限，并发生180度翻转。电压继续调整，相位超前可以达到300度以上。

图8所示为相位滞后移动的示意图，f1到f2为系统的通频带，phase2、phase4、phase6表征通频带下边缘f1对应的信号相位，phase1、phase3、phase5表征通频带上边缘f2对应的信号相位。进行相位调节之前，系统输出信号的相位从phase1到phase2，相位平坦度：

phase balance＝phase1-phase2＝1度；

将系统中移相电路的变容二极管控制端电压VCC降低1伏，可以得到对相位进行调节之后的系统输出信号，通带内信号整体下降了20度以上：

phase4-phase2＝20度；

如果继续减小移相电路的变容二极管控制端电压VCC，可以看到输出信号的相位继续滞后移动，直到到达矢网分析仪屏幕显示下限，并发生180度翻转。电压继续调整，相位滞后可以达到300度以上。

采用本发明进行移相后的数据可参见下表所示：

VCC(V)	f＝2.09GHz
				插损(dB)	相位(度)	步进(度)
	0.000	-0.7	-135.7				0
1.000				-0.6	-117.5	18.2
	2.000	-0.8	-95.4				22.1
3.000				-0.9	-64.7	30.7

4.000	-0.9	-32.5	32.2
				5.000	-0.8	-5.6	26.9
6.000	-0.7	21.7	27.3
				7.000	-0.8	49.0	27.3
8.000	-0.8	85.5	36.5
				9.000	-0.9	123.3	37.8
10.000	-0.8	158.0	34.7
				11.000	-0.8	189.9	31.9
12.000	-0.8	212.2	22.3
				total		347.9

由上表可以看到利用12V左右的电压控制使频率为2.09GHz的信号获得了超过340度的相移。相位移动步进为每伏特20～40度，同时线路差损始终控制在1dB以下。

某些前馈功放系统中，在实现信号对消时需要对信号做相移处理，移相范围要达到160度。采用本发明对射频信号进行移相就完全可以满足该要求。

综上所述，本发明通过两个谐振电路对于射频信号的相位进行调节，其结构简单，易于实现，成本较低，对较宽频率范围内射频信号的相位可以进行大范围的调节，信号插损小，而且可以对移相器移相范围和步进的电压控制，还能够保证前馈功放系统在电路离散性大的情况下信号对消功能的实现质量和适应能力，进一步完善和改进了前馈功放技术。

Claims (8)

1.一种可变射频信号移相电路，其特征在于，包括一个3dB电桥，所述3dB电桥的两个相位端连接有第一谐振电路和第二谐振电路，所述第一谐振电路包括可变电容D1，所述可变电容D1与所述3dB电桥之间，以及所述可变电容D1与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接，所述第二谐振电路包括可变电容D2，所述可变电容D2与所述3dB电桥之间，以及所述可变电容D2与地之间分别各通过一端50Ω微带线相连接。

2.根据权利要求1所述的可变射频信号移相电路，其特征在于，所述可变电容D1和D2为压控变容器件，电压控制端VCC连接到所述压控变容器件D1与3dB电桥之间，以及所述压控变容器件D2与3dB电桥之间。

3.根据权利要求2所述的可变射频信号移相电路，其特征在于，所述压控变容器件D1和D2为变容二极管。

4.根据权利要求1所述的可变射频信号移相电路，其特征在于，所述3dB电桥的信号输入端连接有一段50Ω微带线。

5.根据权利要求1所述的可变射频信号移相电路，其特征在于，所述3dB电桥的隔离端连接有一段50Ω微带线。

6.根据权利要求1所述的可变射频信号移相电路，其特征在于，所述第一谐振电路中，所述可变电容D1与3dB电桥之间还设置有一电容C1，所述第二谐振电路中，所述可变电容D2与3dB电桥之间还设置有一电容C2。

7.一种射频信号移相方法，其特征在于，所述射频信号进入所述3dB电桥之后分为完全对称的两路，所述两路信号分别进入第一谐振电路和第二谐振电路，对所述第一谐振电路和所述第二谐振电路的可变电容D1、D2以及与所述可变电容D1、D2相连接的四段50Ω微带线的长度进行调节，使得通过所述第一谐振电路和第二谐振电路的两路信号的相位发生变化，之后两路信号经过反射回3dB电桥并重新合成，由所述3dB电桥的隔离端输出。

8.根据权利要求7所述的射频信号移相方法，其特征在于，通过控制电压端VCC电压的变化对所述压控变容器件D1和D2进行控制。

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