CN104157933A - 超小型微波宽带可调移相衰减器 - Google Patents

超小型微波宽带可调移相衰减器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超小型微波宽带可调移相衰减器，在介质基板上的左侧设置微波信号输入端口，微波信号输入端口和20°的移相网络相连，20°的移相网络的右侧布置0°的移相网络，0°的移相网络的上方分别布置-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络，0°的移相网络的右侧布置另一20°的移相网络，另一20°的移相网络的上端和微波信号输出端口相连，两个20°的移相网络旁边放置有1dB的衰减器和0.5dB的衰减器，0°的移相网络、-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络的旁边分别放置有2dB的衰减器。本发明可同时满足不同频段、不同应用范围的微波模块和电路的幅度和相位调整用。

Description

超小型微波宽带可调移相衰减器
技术领域
本发明涉及集成化的可调衰减和移相电路，应用于小型化收发微波模块中不同通道间的幅度和相位一致性调整，也可应用在微波放大模块、雷达接收前端等的幅度衰减和相位调整上。
背景技术
伴随着雷达系统中相控阵技术的不断发展，对雷达前端大量应用的微波收发模块的体积、性能、成本等方面上提出了更高的要求。由于相控阵主要是依靠成百甚至上千收发模块的幅度加权和相位变化来达到电扫的目的。因此微波收发模块的重要性能指标之一就是不同微波模块之间的幅度和相位一致性。由于器件和装配工艺的离散型，一致性指标往往不甚理想。因此迫切需要对幅度和相位一致性进行调整的电路。从最初的离散SMT元件工艺、固定的衰减电路、移相电路发展到后来的小型化基于MMIC固定衰减芯片和移相芯片。在微波收发模块的实际应用中，尤其是在对体积和性能有较高要求的情况下，传统固定衰减器、移相器的微波收发模块已经无法满足性能、体积和成本要求。
发明内容
针对上述问题，申请人经过研究改进，本发明提出了一种超小型微波宽带可调移相衰减器，不但可以应用在小型化的微波收发模块上，也可用于微波放大电路、接收前端等需要幅度和相位调整的电路中，在宽带范围下实现微波信号小驻波、可调幅度衰减(DC-22GHz)，实现小型化微波模块可调相位调整(X波段)，同时可实现对微波模块的幅度和相位可调衰减和移相。
本发明的技术方案如下：
一种超小型微波宽带可调移相衰减器，包括介质基板和设置在其上的移相网络、衰减器以及微波信号输入输出端口，在所述介质基板上的左侧设置有一个微波信号输入端口，所述微波信号输入端口和第一20°的移相网络的上端相连，所述第一20°的移相网络的右侧布置有0°的移相网络，在所述0°的移相网络的上方分别布置有-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络，所述0°的移相网络的右侧布置有第二20°的移相网络，所述第二20°的移相网络的上端和一个微波信号输出端口相连，在所述第一20°的移相网络旁边放置有一个1dB的衰减器，在所述第二20°的移相网络的旁边放置有一个0.5dB的衰减器，在所述0°的移相网络、-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络的旁边分别放置有一个2dB的衰减器。
其进一步的技术方案为：所述第一20°的移相网络与0°的移相网络之间设置有另一个微波信号输入端口，所述第二20°的移相网络与0°的移相网络之间设置有另一个微波信号输出端口。
其进一步的技术方案为：所述介质基板为无源GaAs介质基板。
本发明的有益技术效果是：
本发明将可调衰减电路和移相电路按照微波理论进行综合简化，通过电路仿真、建模和3D电磁场仿真，最终得到超小型高性能的宽带可调衰减移相器的结构。将不同档位的衰减器和移相器进行交叉紧密布局，既能保证衰减态小的附加相位偏差，又可保证调相态小的插入损耗。可同时满足不同频段、不同应用范围的微波模块和电路的幅度和相位调整用。
附图说明
图1是本发明的布局构成图。
图2是0dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图3是0.5dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图4是1dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图5是1.5dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图6是2dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图7是2.5dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图8是3dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图9是3.5dB衰减态的实现图(0°移相态下)。
图10是不同衰减态的输入输出电压驻波比。
图11是不同衰减态的衰减值。
图12是不同衰减态的附加移相值。
图13是40°移相态的实现图。
图14是20°移相态的实现图。
图15是0°移相态的实现图。
图16是-20°移相态的实现图。
图17是-40°移相态的实现图。
图18是-60°移相态的实现图。
图19是不同移相态的输入输出电压驻波比。
图20是不同移相态的移相值。
图21是不同移相态的插入损耗值。
图22是2.5dB衰减、-40°移相的实现图。
图23是2.5dB衰减、-40°移相输入输出电压驻波比。
图24是2.5dB衰减、-40°移相的衰减值。
图25是2.5dB衰减、-40°移相的移相值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
图1为本发明的超小型化微波可调移相衰减器的布局图。图1中1为微波信号输入/输出端口，用以对外微波信号的连接。2为移相电路，共有多个档位可进行调整，在X波段会有较大的相位调整能力。3为幅度衰减电路或称衰减器，共有多个档位可供选择，根据不同的幅度衰减要求在DC到22GHz宽带范围内提供相应的幅度衰减。4为介质基板，除了对整个电路提供相应的支撑外，和金属线(金丝，bonding wire)构成了微波信号低损耗传输的射频通路，采用无源GaAs介质，GaAs在微波和毫米波频段内电子迁移率高，损耗小，是一种微波电路应用中性能优异的介质材料。5是互联结构调整点，改变不同的互联结构就可实现不同的功能。
如图1所示，本发明的布局构成为：在介质基板4上的左侧预置一个微波信号输入端口1，端口紧接着和20°的移相网络相连，在20°的移相网络右侧放置一个1dB的衰减器，紧接着布置0°的移相网络，在0°的移相网络的上方分别依次布置-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络。接着在0°的移相网络的右侧布置另一个20°的移相网络，该20°的移相网络的上端和微波信号输出端口1相连。在右侧的20°移相网络的左侧再放置一个0.5dB的衰减器，在0°的移相网络、-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的侧边均分别放置一个2dB的衰减器。保证每一档移相位均可以进行衰减，每一档衰减位均可以进行移相。
本发明将移相衰减器接入微波链路中，根据需要调整电路的互联结构，就可以实现对信号幅度和相位的调整，从而避免用传统的两个以上的调整器才能达到的效果。在应用过程中，衰减移相电路不同状态下的电压驻波比均小于1.4，各个衰减态下最大的相位偏差小于5°，各个移相态下最大插入损耗小于0.8dB，满足使用要求。
以下分别对本发明中各档衰减位和各档移相位的实现方式进行说明。
一、当只进行衰减调整时，各个衰减态的实现方式参见图2至图9。(注：图2至图9均以0°移相态时的衰减进行说明；当处于其他移相态时，应选用相应的2dB衰减器。)
衰减值列表(单位：dB) 实现方式(断点处不同的金丝bonding wire) 备注
0 图2
0.5 图3
1 图4
1.5 图5
2 图6
2.5 图7
3 图8
3.5 图9
图2至图9中不同衰减态的结果参见图10至图12。
二、当只进行相位调整时，各个衰减态的实现方式参见图13至图18。
移相值列表(单位：°) 实现方式(断点处不同的金丝bonding wire) 备注
0 图15
20 图14
40 图13
-20 图16
-40 图17
-60 图18
图13至图18中不同移相态的结果参见图19至图21。
三、举例说明：
在微波模块中，要同时实现2.5dB的衰减和-40°的移相调整，实现方式如图22所示。
图22中2.5dB衰减、-40°移相的结果参见图23至图25。
综上所述，本发明创造性的将幅度衰减电路和相位调整电路做结合，满足在宽带范围内微波信号衰减移相的要求，衰减电路的附加移相不会超过5°，不同移相位的附加衰减最大不超过0.8dB，整个电路小于1.2mm*1.2mm，实现了超小宽带范围的微波移相衰减器。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超小型微波宽带可调移相衰减器，包括介质基板和设置在其上的移相网络、衰减器以及微波信号输入输出端口，其特征在于：在所述介质基板上的左侧设置有一个微波信号输入端口，所述微波信号输入端口和第一20°的移相网络的上端相连，所述第一20°的移相网络的右侧布置有0°的移相网络，在所述0°的移相网络的上方分别布置有-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络，所述0°的移相网络的右侧布置有第二20°的移相网络，所述第二20°的移相网络的上端和一个微波信号输出端口相连，在所述第一20°的移相网络旁边放置有一个1dB的衰减器，在所述第二20°的移相网络的旁边放置有一个0.5dB的衰减器，在所述0°的移相网络、-20°的移相网络、-40°的移相网络和-60°的移相网络的旁边分别放置有一个2dB的衰减器。
2.根据权利要求1所述超小型微波宽带可调移相衰减器，其特征在于：所述第一20°的移相网络与0°的移相网络之间设置有另一个微波信号输入端口，所述第二20°的移相网络与0°的移相网络之间设置有另一个微波信号输出端口。
3.根据权利要求1所述超小型微波宽带可调移相衰减器，其特征在于：所述介质基板为无源GaAs介质基板。
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