CN102055049A - 一种集总元件360度射频模拟电调移相器 - Google Patents

Abstract

一种集总元件360度射频模拟电调移相器，属于电子技术领域。本发明在传输线等效π型网络模型的基础上，提出并运用6级级联的π型网络单元匹配技术，采用网络等效原理导出基本电路元件值，实现了一个工作频率为420MHz～470MHz的360°模拟电调移相器。通过在微带电路上直接设计加工平面螺旋电感来保证电感元件设计的准确性和高的Q值，从而保证了在预定频带、360度可调范围实现低驻波和低插入损耗。为了达到在全频段和360度调谐范围的低反射损耗设计，对各级联移相单元并没有采用等值设计，而是将第二级和第四级单元与其余单元在中心频率上分别与不同特征阻抗的1/4波长传输线相等效，达到在全频段平均反射最小的效果。

Description

一种集总元件360度射频模拟电调移相器

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及电子元器件及微波与射频电调移相器。

背景技术

电调移相器是控制信号相位变化的元件，是现代相控阵雷达的关键部件，根据相位控制是否连续，电调移相器又分为模拟移相器和数字移相器。与数字移相器相比，模拟移相器相位的变化连续可调，比数字移相器有更高的分辨率，而且模拟移相器比数字移相器电路简单，相应的插入损耗小。

采用微波集成工艺的典型模拟移相器一般采用一段传输线加以适当电容变化的变容管来构成，根据不同的要求可为终端的反射式结构，也可为传输通过结构。在满足一定的反射衰减和插入损耗的前提下，最大可调的相移取决于可变电抗元件(变容二极管、介质变容管、微波旋磁元件等)的变比。

在射频和微波频率的低端，采用传输线作为移相器将面临尺寸太大的困难，因此，采用集总元件来构成电调移相器是最好的选择。

发明内容

本发明提供一种集总元件360度射频模拟电调移相器，该射频模拟电调移相器采用独特的多级匹配技术，通过在微带电路上直接设计加工平面螺旋电感来保证电感元件设计的准确性和高的Q值，从而保证了在预定频带、360度可调范围实现低驻波，低插入损耗。

本发明技术方案为：

一种集总元件360度射频模拟电调移相器，如图2、3所示，包括6个级联的π型网络单元。每个π型网络单元均由一个串联电感和两个并联在串联电感两边的相同特性的变容二极管组成。其中，变容二极管D1、D2和电感L1构成第一级π形网络单元，变容二极管D3、D4和电感L2构成第二级π形网络单元，变容二极管D5、D6和电感L3构成第三级π形网络单元，变容二极管D7、D8和电感L4构成第四级π形网络单元，变容二极管D9、D10和电感L5构成第五级π形网络单元，变容二极管D11、D12和电感L6构成第六级π形网络单元。第一、三、四、六级π形网络单元中的变容二极管相同，其容值变化范围为3pf～11pf；第二、五级π形网络单元中的变容二极管相同，其容值变化范围为3.5pf～11.5pf；第一、三、四、六级π形网络单元中的电感同为平面螺旋电感，其匝数为3.5匝、折线宽度为0.1mm、匝间距为0.1mm、内匝间距为0.56mm；第二、五级π形网络单元中的电感同为平面螺旋电感，其匝数为2.5匝、折线宽度为0.1mm、匝间距为0.1mm、内匝间距为1.08mm。整个电调移相器制作于厚度为0.5mm，相对介电常数为3.6的FR-4高频电路基板上，各π型网络单元之间通过微带线实现连接和阻抗匹配；每个π型网络单元的两个变容二极管分别并联在平面螺旋电感两端的微带线与接地孔之间，平面螺旋电感的内匝端口通过跳线与微带线连接。

如图1所示，本发明的基本原理是将一段传输线用一集总元件π型网络来等效，根据网络等效原理，得出其等效关系为

X＝Z₀ sinθ

$B=\frac{1-\cos \mathrm{\θ}}{Z_0\sin \mathrm{\θ}}$

其中，X，B分别为等效模型中电感的电抗值和电容的电纳值，Z₀、θ分别为传输线的特性阻抗和电长度。

在该等效模型中，电容若采用变容二极管，则可对电路进行调谐，使等效传输线的等效电长度发生变化，从而实现信号通过移相器的相位的调整变化。

本发明在传输线等效π型网络模型的基础上，提出并运用6级级联的π型网络单元匹配技术，采用网络等效原理导出基本电路元件值，实现了一个工作频率为420MHz～470MHz的360°模拟电调移相器。通过在微带电路上直接设计加工平面螺旋电感来保证电感元件设计的准确性和高的Q值，从而保证了在预定频带、360度可调范围实现低驻波和低插入损耗。为了达到在全频段和360度调谐范围的低反射损耗设计，对各级联移相单元并没有采用等值设计，而是将第二级和第四级单元与其余单元在中心频率上分别与不同特征阻抗的1/4波长传输线相等效，达到在全频段平均反射最小的效果。

附图说明

图1为集总元件π型网络等效示意图。

图2为本发明提供的集总元件360度射频模拟电调移相器的电路原理图。

图3为本发明提供的集总元件360度射频模拟电调移相器的电路结构图。

图4为本发明提供的集总元件360度射频模拟电调移相器中第1、3、4、6π型网络单元结构图。

图5本发明提供的集总元件360度射度频模拟电调移相器中第2、5π型网络单元结构图。

具体实施方式

一种集总元件360度射频模拟电调移相器，如图2、3所示，包括6个级联的π型网络单元。每个π型网络单元均由一个串联电感和两个并联在串联电感两边的相同特性的变容二极管组成。其中，变容二极管D1、D2和电感L1构成第一级π形网络单元，变容二极管D3、D4和电感L2构成第二级π形网络单元，变容二极管D5、D6和电感L3构成第三级π形网络单元，变容二极管D7、D8和电感L4构成第四级π形网络单元，变容二极管D9、D10和电感L5构成第五级π形网络单元，变容二极管D11、D12和电感L6构成第六级π形网络单元。第一、三、四、六级π形网络单元中的变容二极管相同，其容值变化范围为3pf～11pf；第二、五级π形网络单元中的变容二极管相同，其容值变化范围为3.5pf～11.5pf；第一、三、四、六级π形网络单元中的电感同为平面螺旋电感，其匝数为3.5匝、折线宽度为0.1mm、匝间距为0.1mm、内匝间距为0.56mm；第二、五级π形网络单元中的电感同为平面螺旋电感，其匝数为2.5匝、折线宽度为0.1mm、匝间距为0.1mm、内匝间距为1.08mm。整个电调移相器制作于厚度为0.5mm，相对介电常数为3.6的FR-4高频电路基板上，各π型网络单元之间通过微带线实现连接和阻抗匹配；每个π型网络单元的两个变容二极管分别并联在平面螺旋电感两端的微带线与接地孔之间，平面螺旋电感的内匝端口通过跳线与微带线连接。

为了便于输入、输出信号，本发明提供的集总元件360度射频模拟电调移相器还可包括信号输入、输出端，如图3所示，所述信号输入、输出端为微带线结构，且信号输入输出微带线与首末两级π型网络单元之间通过耦合电容(C1、C2)实现连接。

如图3所示，本发明提供的所述集总元件360度射频模拟电调移相器还可包括一个调谐输入端，所述调谐输入端的作用是为变容二极管提供改变电容量的偏置电压，为微带线结构，与连接第四、五级π型网络单元的微带线中心点之间通过耦合电感连接，并通过一个滤波电容接地。

Claims (3)

1.一种集总元件360度射频模拟电调移相器，包括6个级联的π型网络单元；每个π型网络单元均由一个串联电感和两个并联在串联电感两边的相同特性的变容二极管组成；变容二极管D1、D2和电感L1构成第一级π形网络单元，变容二极管D3、D4和电感L2构成第二级π形网络单元，变容二极管D5、D6和电感L3构成第三级π形网络单元，变容二极管D7、D8和电感L4构成第四级π形网络单元，变容二极管D9、D10和电感L5构成第五级π形网络单元，变容二极管D11、D12和电感L6构成第六级π形网络单元；第一、三、四、六级π形网络单元中的变容二极管相同，其容值变化范围为3pf～11pf；第二、五级π形网络单元中的变容二极管相同，其容值变化范围为3.5pf～11.5pf；第一、三、四、六级π形网络单元中的电感同为平面螺旋电感，其匝数为3.5匝、折线宽度为0.1mm、匝间距为0.1mm、内匝间距为0.56mm；第二、五级π形网络单元中的电感同为平面螺旋电感，其匝数为2.5匝、折线宽度为0.1mm、匝间距为0.1mm、内匝间距为1.08mm；整个电调移相器制作于厚度为0.5mm，相对介电常数为3.6的FR-4高频电路基板上，各π型网络单元之间通过微带线实现连接和阻抗匹配；每个π型网络单元的两个变容二极管分别并联在平面螺旋电感两端的微带线与接地孔之间，平面螺旋电感的内匝端口通过跳线与微带线连接。

2.根据权利要求1所述的集总元件360度射频模拟电调移相器，其特征在于，所述集总元件360度射频模拟电调移相器还包括信号输入、输出端，所述信号输入、输出端为微带线结构，且信号输入输出微带线与首末两级π型网络单元之间通过耦合电容实现连接。

3.根据权利要求1所述的集总元件360度射频模拟电调移相器，其特征在于，所述集总元件360度射频模拟电调移相器还包括一个一个调谐输入端，所述调谐输入端的作用是为变容二极管提供改变电容量的偏置电压，为微带线结构，与连接第四、五级π型网络单元的微带线中心点之间通过耦合电感连接，并通过一个滤波电容接地。

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