CN104103876B - 基于复合左右手传输线的电可调移相器 - Google Patents

基于复合左右手传输线的电可调移相器 Download PDF

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Abstract

基于复合左右手传输线的电可调移相器，涉及电可调移相器设计。它是为了解决现有移相器灵活性差，通用性差的问题。本发明在一个较小尺寸下可以实现一个连续变化的相移，而且此相移能达到400度，如果要改变移相器的相位变化范围，只需要改变移相器单元的数目即可，因为其总的相位可以近似于单个移相器的相移范围的叠加。因为整个移相器电路实现了较好的阻抗匹配，不会因为加入或减小移相器单元的数目而发生阻抗失配，这样在实际应用中能够根据用户的需要来设定单元的数目，具有较强的灵活性。而且其采用印刷电路，材料便宜，低剖面，易于与其他电路集成的优点，实用性较强。本发明是用于电可调移相器设计。

Description

基于复合左右手传输线的电可调移相器
技术领域
本发明涉及电可调移相器设计。
背景技术
移相器是雷达系统中相控阵天线的重要组成器件，通过改变进入天线的信号相位来实现波速扫描和波速变形。由于典型的相控阵天线是由数千个连接移相器的天线单元构成，所以小型化、低损耗和低成本的移相器对于设计相控阵天线至关重要。按照其工作方式，移相器可以分为数字移相器和模拟移相器，所谓数字移相器，即产生的相移是离散的，而模拟移相器是连续的，通常模拟移相器的性能要比数字的要好，但是实现较复杂。对于微波移相器，采用传输线可以作为一种有效地实现途径。目前所采用的传输线一般都是右手传输线，即一般的微带线。右手传输线的输出端与输入端的相位相比是滞后的，即一段1/4波长的传输线产生的相位是-90°，而左手传输线刚好相反，其产生的相位是超前的额，即+90°。如果要通过右手传输线来实现-270°的相移，则需要采用3/4波长d的传输线，而对于左手传输线，只需要1/4波长传输线。
发明内容
本发明是为了解决现有移相器灵活性差，通用性差的问题，从而提供了一种基于复合左右手传输线的电可调移相器。
基于复合左右手传输线的电可调移相器，它包括n个移相器单元，n为正整数；
一个移相器单元包括左微带线1、中间微带线2、右微带线3、接地微带线4、第一变容二极管5-1、第二变容二极管5-2和第三变容二极管5-3；
中间微带线2的左侧接线端子通过第一变容二极管5-1与左微带线1的一个接线端子连接，中间微带线2的右侧接线端子通过第二变容二极管5-2与右微带线3的一个接线端子连接，第一变容二极管5-1与第二变容二极管5-2反向放置，中间微带线2的下部接线端子与接地微带线4的一个接线端子连接，接地微带线4上设置有第三变容二极管5-3；
n个移相器单元彼此之间为串联，相邻的移相器单元中，左侧移相器单元中的第二变容二极管5-2与右侧移相器单元中的第一变容二极管5-1反向放置。
本发明的有益效果是：本发明在一个较小尺寸下可以实现一个连续变化的相移，而且此相移能达到400度，如果要改变移相器的相位变化范围，只需要改变移相器单元的数目即可，因为其总的相位可以近似于单个移相器的相移范围的叠加。因为整个移相器电路实现了较好的阻抗匹配，不会因为加入或减小移相器单元的数目而发生阻抗失配，这样在实际应用中能够根据用户的需要来设定单元的数目，具有较强的灵活性。而且其采用印刷电路，材料便宜，低剖面，易于与其他电路集成的优点，实用性较强。
附图说明
图1为移相器单元结构图；
图2为移相器串联结构图；
图3为右手传输线等效电路结构图；
图4为左手传输线等效电路结构图；
图5为复合左右手传输线等效电路图；
图6为不同偏置电压下的S11曲线仿真图；
图7为不同电容值下的S12相位曲线仿真图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，它包括n个移相器单元，n为正整数；
一个移相器单元包括左微带线1、中间微带线2、右微带线3、接地微带线4、第一变容二极管5-1、第二变容二极管5-2和第三变容二极管5-3；
中间微带线2的左侧接线端子通过第一变容二极管5-1与左微带线1的一个接线端子连接，中间微带线2的右侧接线端子通过第二变容二极管5-2与右微带线3的一个接线端子连接，第一变容二极管5-1与第二变容二极管5-2反向放置，中间微带线2的下部接线端子与接地微带线4的一个接线端子连接，接地微带线4上设置有第三变容二极管5-3；
n个移相器单元彼此之间为串联，相邻的移相器单元中，左侧移相器单元中的第二变容二极管5-2与右侧移相器单元中的第一变容二极管5-1反向放置。
具体实施方式二：本实施方式对具体实施方式一所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，中间微带线2长度为5mm，宽度为3.2mm。
具体实施方式三：本实施方式对具体实施方式一所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，左微带线1与右微带线3的长度均为4mm，宽度均为1.2mm。
具体实施方式四：本实施方式对具体实施方式一所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，接地微带线4的长度为7.6mm，宽度为0.7mm。
具体实施方式五：本实施方式对具体实施方式一所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，第三变容二极管5-3与中间微带线2的下侧接线端子之间的距离为2.4mm。
传统的右手传输线，其可以等效为串联电感和并联电容构成的结构，而左手传输线则为串联电容和并联电感结构，如图3和图4所示。通过加载变容二极管和并联电感，可以改变传输线的等效电路。其中右手电感记为L1，右手电容为C1，加载的变容二极管记为Cv，加载的左手电感记为L2。其等效的电路如图5所示，当Cv较大时，串联支路等效为电感，当电容较小时，串联支路等效为电容。而加载的并联电感和变容二极管串联，然后其与右手电容再进行并联,这样就构成了并联支路，当Cv较大时，并联支路等效为电感，当Cv较小时，并联支路等效为电容。对于整个电路而言，当增大变容二极管的电容时，串联支路为电感，并联支路为电容，其表现的是右手传输线的性质；当减小变容二极管的电容时，串联支路为电容，并联支路为电感，其表现的左手传输线的性质，这样就实现了复合左右手的传输线。而且在改变变容二极管的电容大小的同时，能够改变传输线的相移常数，继而改变移相器的相位。
基于此原理，此发明提出了一种新颖的移相器结构，此移相器选取相对介电常数为5.9的低温陶瓷作为介质基板，介质板为28×77mm，厚度为0.8mm。该移相器采用了五个移相器单元串联的结构，能够增加移相器的相移范围。对于每一个移相器单元，其中间为一个宽度为3.2mm,长度为5mm的微带线，记为中间微带线，两侧为两根长度为4mm,宽度为1.2mm的微带线，其与中间的微带线通过一个变容二极管相连接。在中间微带线的上侧，有一根长度为7.6mm，宽为0.7mm的接地微带线，在该接地微带线上距中间微带线2.4mm处开一个1mm的缝隙，用来接变容二极管。对于三个变容二极管，必须有直流偏置电路，该直流偏置电路应该具有通直流，阻交流的功能。将中间微带线两侧的微带线接一个四分之一短路线，这样可以让其作为变容二极管的接地端，在中间微带线上接一段半波长开路线，然后在开路线中间接入直流偏置电压。由于变容二极管在工作的时候，其偏置电压是反偏电压，所以相邻的两个二极管是反向放置，如图2所示，为五个移相器单元的串联结构图。
图6是不同偏置电压下的仿真所得的S11曲线，图7是不同电容值下2.4GHz的S12的相位曲线。由图6可得，该移相器在改变电容的过程中，2.4GHz处的S11一直低于-10dB。由图7可得，S12所对应的相位是连续变化的，而且发生了将近400度的变化，即实现了400度的相移。

Claims (5)

1.基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：它包括n个移相器单元，n为正整数；
一个移相器单元包括左微带线(1)、中间微带线(2)、右微带线(3)、接地微带线(4)、第一变容二极管(5-1)、第二变容二极管(5-2)和第三变容二极管(5-3)；
中间微带线(2)的左侧接线端子通过第一变容二极管(5-1)与左微带线(1)的一个接线端子连接，中间微带线(2)的右侧接线端子通过第二变容二极管(5-2)与右微带线(3)的一个接线端子连接，第一变容二极管(5-1)与第二变容二极管(5-2)反向放置，中间微带线(2)的下部接线端子与接地微带线(4)的一个接线端子连接，接地微带线(4)上设置有第三变容二极管(5-3)；
n个移相器单元彼此之间为串联，相邻的移相器单元中，左侧移相器单元中的第二变容二极管(5-2)与右侧移相器单元中的第一变容二极管(5-1)反向放置。
2.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：中间微带线(2)长度为5mm，宽度为3.2mm。
3.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：左微带线(1)与右微带线(3)的长度均为4mm，宽度均为1.2mm。
4.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：接地微带线(4)的长度为7.6mm，宽度为0.7mm。
5.根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：第三变容二极管(5-3)与中间微带线(2)的下侧接线端子之间的距离为2.4mm。
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