CN102270977A - 数字模拟混合移相电路 - Google Patents

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孙晓玮
田彤
韩克武
钱蓉
王伟
孙浩
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Abstract

本发明提供一种数字模拟混合移相电路。该数字模拟混合移相电路包括相连接的模拟式移相器与数字式移相器。其中，所述模拟式移相器具有第一控制端及第一信号输入端，用于根据所述第一控制端接入的相位控制信号对所述第一信号输入端接入的信号进行相应相位的移相；所述数字式移相器具有第二控制端及第二信号输入端，用于根据所述第二控制端接入的控制信号将所述第二信号输入端接入的信号进行0度或180度的移相。本发明可实现360度连续的相位调制，具有良好的相位控制精度，能够解决毫米波频段下全角度（360°）的高精度移相问题。主要应用在毫米波通信、毫米波相控阵天线等技术领域中。

Description

数字模拟混合移相电路
技术领域
本发明涉及电路领域，特别涉及一种数字模拟混合移相电路。
背景技术
移相器是用来改变传输信号相位的器件，一般分为模拟式和数字式两大类。模拟式移相器相移连续可调，数字式移相器的相移是量化了的，即其相位只能离散阶跃变化。模拟式移相器能较精细地控制相位的变化，但其控制电路较为复杂；数字式移相器控制方式比较简单，但其移相精度受其控制位数限制，最小移相步长决定了其移相精度。
移相器的应用十分广泛，比如各种通讯和雷达系统，微波仪器和测量系统，还有工业应用，特别在相控阵天线系统中应用最多，移相器是相控阵发射/接收(T/R)组件的重要组成部分。移相器的性能可以影响整个系统的工作情况，因此对移相器的指标有一定的要求，如需要具有高的移相精度、大的承受功率、较小的插入损耗、较低的插入驻波比等。
在有源相控阵天线系统中，为了实现波束指向电扫描，更是对每路通道中的移相器提出了严格的要求，每路通道都要能实现0～360度的相位调制，且幅度误差尽可能的减少。在微波频段的相控阵系统中，通常采用数字移相器作为移相单元，在较低频段可以做到5位甚至6位的移相精度，即最小移相步进达到11度甚至5度。然而当相控阵工作频率到了毫米波段，波长急剧降低，很大程度上制约了数字移相器的最小相移量，一般只能做到3位或者4位的移相精度。模拟移相器因为电路结构的不同，可以实现连续的相位调制，不受工作频带的限制，在一定的范围内获得任意相位。但是模拟移相器的相位调制能力有限，通常只能做到小于180度的调制范围，因此这样的模拟移相器也较少在相控阵系统中的得到应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度的数字模拟混合移相电路。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的数字模拟混合移相电路，包括：相连接的模拟式移相器与数字式移相器，其中，所述模拟式移相器具有第一控制端及第一信号输入端，用于根据所述第一控制端接入的相位控制信号对所述第一信号输入端接入的信号进行相应相位的移相；所述数字式移相器具有第二控制端及第二信号输入端，用于根据所述第二控制端接入的控制信号将所述第二信号输入端接入的信号进行0度或180度的移相。
综上所述，本发明的数字模拟混合移相电路将模拟式移相器和数字式移相器混合级联起来，可实现360度连续的相位调制，具有良好的相位控制精度。
附图说明
图1a及1b为本发明的数字模拟混合移相电路示意图。
图2为本发明的数字模拟混合移相电路的模拟式移相器的一个实施例示意图。
图3为本发明的数字模拟混合移相电路的数字式移相器的一个实施例示意图。
具体实施方式
请参阅图1a及1b，本发明的数字模拟混合移相电路包括：相连接的模拟式移相器1及数字式移相器2。作为一种优选方案，如图1a所示，数字式移相器2连接在所述模拟式移相器的输出端；作为另一种优选方案，如图1b所示，所述模拟式移相器连接在所述数字式移相器的输出端。
所述模拟式移相器1具有第一控制端及第一信号输入端，用于根据所述第一控制端接入的控制信号对所述第一信号输入端接入的信号进行相应相位的移相。优选地，所述模拟式移相器能实现0至180度范围内连续移相。但本领域技术人员应该理解，所述模拟式移相器的移相范围可根据实际需要来确定，例如，实际需要的移相器的移相范围为：0至90度及180至270度，相应的，所述模拟式移相器的移相范围则优选为0至90度。此外，需要说明的是，在图1a所示的情形，所述模拟式移相器1第一信号输入端接入的信号为待移相的信号；在图1b所示的情形，所述模拟式移相器1第一信号输入端接入的信号为经过数字式移相器移相后信号。
作为一种优选方式，所述模拟式移相器1可采用可调负载的反射式移相器。如图2所示，所述可调负载的反射式移相器包括：90度耦合器3、两个电抗性网络4及偏置电路5。其中，所述90度耦合器3具有第一信号输入端①、隔离端②、耦合端③及直通端④，其可采用90度分支线耦合器或Lange耦合器等；所述两个电抗性网络4分别连接在所述耦合端③及直通端④，两者的电抗都可调，两者主要由电抗可变的元器件组成，例如，由变容二极管或者漏源短接的FET管组成等；所述偏置电路5具有第一控制端，用于根据所述第一控制端接入的控制信号输出相应的偏置电压以分别调节所述两个电抗性网络4的电抗。
需要说明的是，上述所示的模拟式移相器的结构仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何相位能够连续可调的移相器，都应包含在本发明的范围内。
所述数字式移相器2连接在所述模拟式移相器1的输出端，其具有第二控制端及第二信号输入端，用于根据所述第二控制端接入的控制信号将所述第二信号输入端接入的信号进行0度或180度的移相。例如，在图1a所示的情形，所述数字式移相器2将所述第二信号输入端接入的模拟式移相器输出的信号进行0度或180度的移相；在图1b所示的情形，所述数字式移相器2将所述第二信号输入端接入的待移相的信号进行0度或180度的移相。
作为一种优选方式，所述数字式移相器2可采用1比特位的数字移相器。更为优选地，所述数字式移相器2可为开关线性移相器。如图3所示，所述开关线性移相器包括具有所述第二控制端21及第二信号输入端的第一选通开关22；连接所述第一选通开关22且用于移相0度的参考线23；连接所述第一选通开关22且用于移相180度的延迟线24以及连接所述参考线23与延迟线24且具有所述第二控制端21的第二选通开关25。其中，所述第一选通开关22及第二选通开关23都为单刀双掷开关，可由二极管或三极管等构成。
此外，如前所述，当模拟式移相器的移相范围为0至90度时，相应的，所述数字式移相器可优选2比特位的数字移相器等。
需要说明的是，上述所示的数字式移相器的结构仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何相位能以离散阶跃方式调节的移相器，都应包含在本发明的范围内。
以下将以图1a所示的数字模拟混合移相电路为例来说明该数字模拟混合移相电路的工作原理，其中，该数字模拟混合移相电路所采用的模拟式移相器为图2所示的模拟式移相器。
当90度耦合器3的第一信号接入端①接入待移相的信号后，偏置电路5在第一控制端接入的相位控制信号的作用下输出相应的偏置电压，以调节两个可变电抗网络4的电抗值，使得两个电抗性网络4的输入阻抗发生改变，而该两个电抗性网络4作为所述90度耦合器3的负载，分别接在90度耦合器3的直通端④和耦合端③，由此，使得90度耦合器3的直通端④和耦合端③的反射系数的相位随着偏置电压的改变而变化。由于电路的对称性，直通端④和耦合端③的端口处的反射系数相等，反射回来的两路信号在90度耦合器3的信号输入端①处大小相等，方向相反，因此互相抵消，在隔离端②处大小相等，相位相同，叠加后予以输出至数字式移相器的第一选通开关22，该第一选通开关22在第二控制端接入的控制信号作用下选通参考线23或者延迟线24进行移相，其中参考线23与延迟线24具有180°的相位差，即参考线23实现信号的0度相位变化，延迟线24实现信号的180度相位变化，随后，第二选通开关25在第二控制端接入的控制信号作用下将参考线23或者延迟线24输出的信号予以输出。
由上可见，本发明的数字模拟混合移相电路通过改变模拟式移相器的偏置电路输出的偏置电压，可由使模拟式移相器获得0～180度连续可调的相位，随后再由数字式移相器实现0°/180°两个状态的相位翻转，由此来实现对信号整个0-360°(0-180°与180-360°)的相位控制。
对于图1b所示的数字模拟混合移相电路，其工作原理与图1a不同仅在于待移相的信号先由数字式移相器进行0度或180度的移相，随后再由模拟式移相器进行相应相位的移相，故在此不再详述。
综上所述，本发明的有益效果在于：1)相对于现有在毫米波段单纯采用数字式移相或模拟式移相，本发明通过结合数字移相与模拟移相各自的特点，能够解决毫米波频段下全角度(360°)的高精度移相问题，在实施小角度、高精度移相控制的同时，又能兼顾大角度的覆盖；2)能够实现各种对称角度范围内的移相，例如，能够实现(0°，90°)与(180°，270°)的移相；又例如，能够实现(20°，80°)与(200°，260°)的移相等；3)本发明主要可应用在毫米波通信、毫米波相控阵天线等技术领域中。
上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种数字模拟混合移相电路，其特征在于包括：相连接的模拟式移相器与数字式移相器，其中，
所述模拟式移相器具有第一控制端及第一信号输入端，用于根据所述第一控制端接入的相位控制信号对所述信号输入端接入的信号进行相应相位的移相；
所述数字式移相器具有第二控制端及第二信号输入端，用于根据所述第二控制端接入的控制信号将所述第二信号输入端接入的信号进行0度或180度的移相。
2.如权利要求1所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述数字式移相器的第二信号输入端连接在所述模拟式移相器的输出端。
3.如权利要求1所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述模拟式移相器的第一信号输入端连接在所述数字式移相器的输出端。
4.如权利要求1至3任一项所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述模拟式移相器包括可调负载的反射式移相器。
5.如权利要求4所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述可调负载的反射式移相器包括：具有信号输入端、隔离端、耦合端及直通端的90度耦合器、分别连接在所述耦合端及直通端的两个电抗都可调的电抗性网络及具有第一控制端的偏置电路，用于根据所述第一控制端接入的控制信号输出相应的偏置电压以分别调节所述两个电抗性网络的电抗。
6.如权利要求5所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述两个电抗性网络包括变容二极管或漏源短接的FET管。
7.如权利要求5所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述90度耦合器包括90度分支线耦合器或Lange耦合器。
8.如权利要求1至3任一项所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述数字式移相器包括开关线性移相器。
9.如权利要求8所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述开关线型移相器包括；连接所述模拟式移相器输出端且具有所述第二控制端的第一选通开关；连接所述第一选通开关且用于移相0度的参考线；连接所述第一选通开关且用于移相180度的延迟线以及连接所述参考线与延迟线且具有所述第二控制端的第二选通开关。
10.如权利要求9所述的数字模拟混合移相电路，其特征在于：所述第一选通开关及第二选通开关采用二极管或三极管构成。
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