CN104753507B - 延时线电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种延时线电路，其包括若干个串联的延时线单元，每个延时线单元包括至少一个可调电容、至少两个互耦的电感以及与所述至少一个可调电容连接的控制电路，所述至少一个可调电容与所述至少两个互耦的电感并联，所述控制电路用于通过调整电压，以施加到所述至少一个可调电容上，从而调整每个延时线的延时量和相位。在该延时线电路的基础上可以增加温度补偿电路、收发放大组件等等进一步使用性能的电路结构。
Description
技术领域
本发明属于微波/射频装置技术领域，尤其涉及一种延时线电路。
背景技术
随着现代通信对雷达等微波系统性能要求的不断提高以及数字处理技术的日益成熟，小型化、数字化、低功耗的微波延时线作为射频/微波系统中的重要的构成部件之一在许多领域得到了广泛的应用，如等。
延时线用于将电信号延迟一段时间，其广泛应用于各类电子和通讯系统中，比如信号处理系统、雷达系统、电视机控制、时间数字化系统、同步通信系统、微波光子学领域等等。
以在电视系统中应用延时线为例，电视机应用延时线主要有两个方面的作用，一是在亮度通道中作亮度信号延时用，二是在色度解码电路中作色度信号延时之用。
以在雷达系统中应用为例，利用微波延时线通过对雷达单元进行空间延时、相位补偿，从而可以达到较高分辨率。
目前，国内现有的延时线主要有包括如下几种：
1、电缆结构。
这种结构的延时线主要由微波电缆组成，延时线的延时量主要由电缆的长度决定。但是，在实际的加工生产过程中，电缆的长度很难精确的控制，导致该延时线的相位误差大，一致性差，批产能力差。另外，在具体使用中，由于电缆的长度是固定的，故该种延时线进行空间延时以及相位补偿，无法实现延迟量的可调。
2、微带线/共面波导线结构
这种结构的延时线主要通过在介质板上印制微带线或共面波导线来实现。常用的介质板的材料有罗杰斯板、环氧板、陶瓷板等。该类延时线的体积比电缆略小，但是介质板工艺的加工误差较大，导致该类延时线的相位误差大，一致性差，批产能力差。由于介质板图形的尺寸决定了延时线的延时量，但是，由于介质板图形的尺寸往往是固定的，故该种延时线进行空间延时以及相位补偿，无法实现延迟量的可调。
3、半导体工艺延时线
目前半导体工艺日趋成熟，人们开始使用半导体技术制作延时线。例如砷化镓工艺或硅工艺。目前现有的基于半导体工艺的延时线因加工误差问题，也会导致相位误差大，一致性差，批产能力差。由于延时线的延迟量直接与电感和电容相关，而这种半导体技术制作的延时线由于金属图形的尺寸和薄膜的厚度是固定的，故该种延时线进行空间延时以及相位补偿，无法实现延迟量的可调。
综上所述，现有技术中存在的问题主要是：由于决定延时线的参数如电缆长度、介质板图形长度是固定的，故而延迟量也是固定的，无法通过空间延时以及相位补偿，实现延迟量的可调。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种延时线电路，用以解决现有技术中的上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种延时线电路，其包括若干个串联的延时线单元，每个延时线单元包括至少一个可调电容、至少两个互耦的电感以及与至少一个可调电容连接的控制电路，所述至少一个可调电容与所述至少两个互耦的电感并联，所述控制电路用于通过调整电压，以施加到所述至少一个可调电容上，从而调整每个延时线的延时量和相位。
优选地，在本发明的一实施例中，所述控制电路包括滤波电路以及电源接口，滤波电路一端与所述至少一个可调电容连接，另外一端通过所述电源接口与一直流电源连接，通过调整所述电源接口上的电压，以施加到所述至少一个可调电容、至少两个互耦的电感上，从而调整每个延时线的延时量和相位。
优选地，在本发明的一实施例中，所述延时线单元并联有一基态单元，通过一选通开关实现在基态单元和延时线单元之间进行切换，以实现延时量的控制或者幅度衰减的控制，所述基态单元包括幅度均衡器和幅度衰减。
优选地，在本发明的一实施例中，所述选通开关为单刀双掷开关。
优选地，在本发明的一实施例中，还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路与所述控制电路连接，用于侦测温度的变化，从而根据侦测到的温度变化，改变所述至少一个可调电容的电容大小从而调整延时量大小。
优选地，在本发明的一实施例中，所述温度补偿电路的选取与可变电容的类型以及安装可变电容的基板类型有关。
优选地，在本发明的一实施例中，所述温度补偿电路包括：分立温度传感器、差分共源共栅放大器结构、两级跨导运算放大器结构中的任意一种。
优选地，在本发明的一实施例中，还包括若干个放大收发组件，每个延时线单元连接有一个放大收发组件，每个所述放大收发组件包括功率放大器、低噪声放大器、选通开关/环形器，选通开关/环形器可切换到功率放大器、天线上以发射信号，选通开关/环形器可切换到低噪声放大器、天线上以接收信号。
优选地，在本发明的一实施例中，所述选通开关为单刀双掷开关。
优选地，在本发明的一实施例中，所述控制电路还包括分压电阻，所述分压电路连接在所述滤波电路和所述电源接口之间。
优选地，在本发明的一实施例中，每个所述延时线单元的延时量可相同或者可不相同，延时线电路的延时量等于每个所述延时线单元的延时量的叠加。
与现有的方案相比，本申请可以达到如下技术效果：
(1)对于每个延时线单元而言，由于可以通过所述控制电路调整电压，以施加到所述至少一个可调电容上，从而可以调整每个延时线的延时量和相位。而对于延时线电路整体而言，从而可以调整延时量和相位。
(2)由于在每个延时线单元的基础上，增加基态，同时通过选通开关选择基态与延时线单元的任意组合，从而实现了较大范围内的延时量和相位调整。
(3)由于在每个延时线单元的基础上，增加了温度补偿电路，根据侦测到的温度变化，改变所述至少一个可调电容的电容大小从而调整延时量大小，从而解决了根据温度变化对延时量的调节。
(4)由于在每个延时线单元的基础上，增加了放大收发组件，通过放大收发组件对发送的信号进行功率放大处理，或者对接受的信号进行低噪声放大处理
附图说明
图1为本申请实施例一延时线单元的结构示意图；
图2为本申请实施例二延时线电路的结构示意图；
图3为本申请实施例三并联有基态单元的延时线单元的结构示意图；
图4为本申请实施例四延时线电路的结构示意图，
图5为本申请实施例五延时线电路的结构示意图；
图6为一示例性温度补偿电路输出电压随温度变化曲线；
图7为一示例性延时量与温度补偿的关系示意图；
图8为本申请实施例六延时线电路的结构示意图；
图9为本申请实施例图8所示两位延时线电路的结构示意图；
图10为本申请实施例七放大收发组件结构示意图；
图11为本申请实施例八延时线电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本申请实施例一延时线单元的结构示意图；如图1所示，每个延时线单元包括一个可调电容101、两个互耦的电感102以及与所述可调电容101连接的控制电路103，所述可调电容101与所述两个互耦的电感102串联，所述控制电路103用于通过调整电压，以施加到所述可调电容101、两个互耦的电感102上，从而调整每个延时线的延时量和相位。
在具体的工艺实现方面，可以采用半导体工艺如MEMS、GaAs、GaN等实现，将电感、可变电容、电阻等集成到一个芯片上；可以采用PCB工艺如罗杰斯板等实现，将可变电容使用表贴或键合等方式安装到基板上；也可以采用陶瓷工艺如AL2O3、LTCC、HTCC等实现，将可变电容使用表贴或键合等方式安装到基板上。
具体地，以半导体工艺实现为例：采用砷化镓GaAs制成的基板，导体采用金，置于基板的表面；两个电感绕绕制在一起，形成互感。两个电感与一可调电容连接，并通过可调电容接地。可调电容可以由电压控制的变容管组成。
优选地，所述控制电路103包括滤波电路113以及电源接口123，滤波电路113一端与所述可调电容101连接，另外一端通过所述电源接口123与一直流电源133连接，通过调整所述电源接口123上的电压，以施加到所述可调电容101上，从而调整每个延时线的延时量和相位。
可选地，本实施例中，所述控制电路103还包括分压电阻143，所述分压电路143连接在所述滤波电路113和所述电源接口123之间。
图2为本申请实施例二延时线电路的结构示意图；如图2所示，图1所示的若干个延时线单元依次串接起来，每个延时单元设置有一个单独的控制电路，每个延时线单元中可调电容和电感的大小可以根据延时量的需求来选择。
比如，延时线单元的延时量可从15ps调节到25ps，那么两个单元串联后，可调范围变为30ps-50ps。以此类推，10个单元串联后，可调范围可达150ps-250ps。
在另外一实施例中，所有的延时单元也可以共用一个直流电源，又可能每个延时单元实际需求的直流电源电压不同，为此，可以在直流电源和分压电阻之间增加电压调节电路。
图3为本申请实施例三并联有基态单元的延时线单元的结构示意图；如图3所示，每个所述延时线单元100并联有一基态单元200，通过一选通开关300实现在基态单元200和延时线单元100之间进行切换，以实现延时量的控制或者幅度衰减的控制。优选地，本实施例中，所述选通开关为单刀双掷开关。一个延时线单元100和一基态单元200组成了一个延时模块。
本实施例中，选通开关的切换控制可以通过一开关逻辑控制接口进行控制。
本实施例中，所述基态单元200包括相互串接的幅度均衡器和幅度衰减器。
图4为本申请实施例四延时线电路的结构示意图，如图4所示，其包括图3所示的多个延时线单元100和基态单元200、对称放置的选通开关300等。
由于基态单元200只进行幅度调整而不进行延时处理，换言之其延时为0。通过选通开关300的切换，从而使得图4所示的延时线电路具有比图2更大的延时可调范围。
一个两位延时线的电路图，其中第一位延时模块提供50ps～100ps的延时量，第二位可调延时模块提供100ps～150ps的延时量，两者的开关和延时量以任意方式组合(详见表1)，即可形成一个50ps～250ps。
表1两个可调延时模块串联的延时量表
| 第一位 | 第二位 | 延时范围 |
| 用开关选通其下的延时线 | 用开关选通其下基态 | 50ps～100ps |
| 用开关选通其下的基态 | 用开关选通其下的延时线 | 100ps～150ps |
| 用开关选通其下的延时线 | 用开关选通其下的延时线 | 150ps～250ps |
如果采用图3所示无基态单元的二位延时线电路，其延时范围为100ps～200ps。
由此可见，有基态单元的延时线电路大大提高了延时范围的可调区间。
在另外实施例中，为了减少选通开关的数量，延时模块并不必然包括延时线单元和基态单元，根据实际使用需要，可以只包括延时线单元或者基态单元。
图5为本申请实施例五延时线电路的结构示意图；如图5所示，以一位延时线电路为例进行说明，其还包括温度补偿电路，所述温补电路400与所述控制电路103连接，用于侦测温度的变化，从而根据侦测到的温度变化，改变所述可调电容101的电容大小从而调整延时量大小。本实施例中，还包括稳压电路，与温度补偿电路连接。电源通过稳压电路500和温补电路400相连，温度补偿电路和可调延时线电路相连。
需要说明的是，在可提供较为稳定电压的环境下，稳压电路并不必然需要。
优选地，所述温度补偿电路的选取与可变电容的类型以及安装可变电容的基板类型有关。
不同的基板类型和不同的可变电容类型，需要的温补电路特性也不同，具体如下表2所示。
表2不同的基板类型和不同的可变电容类型需要的温补电路特性
优选地，所述温度补偿电路可以但不局限于包括：分立温度传感器、差分共源共栅放大器结构、两级跨导运算放大器结构中的任意一种。
图6为一示例性温度补偿电路输出电压随温度变化曲线；如图6所示，温度越高其输出的电压越高。结合上述表2，从而调节可调电容的电容值，详细不再赘述。
图7为一示例性延时量与温度补偿的关系示意图；如图7所示，温度致延时量变化的趋势与温度补偿电路致延时量变化呈相反的趋势，因此，通过温度补偿电路的输出电压随温度变化而变化，使可变电容的容值产生变化，从而使延时线的延时量产生变化，形成一个负反馈，最终达到恒定延时量的作用。
在其他实施例中，多个上述图5所示的具有温度补偿的延时线串联可形成多位延时线电路，详细不再赘述。
图8为本申请实施例六延时线电路的结构示意图；如图8所示，同时包括基态单元200以及温补电路400。
图8所示的延时线电路由于同时具有温补效果和基态单元，因此，在根据环境温度进行延时量调整的同时，实现较大范围的延时量。
图9为本申请实施例图8所示两位延时线电路的结构示意图；如图9所示，包括来年第一延时线单元100A和第二延时线单元100B，以及基态单元200、选通开关300、稳压电路500、温补电路400等等。
如果第一延时线单元提供100ps的延时，第二延时线单元提供200ps的延时，那么这整个的两位数控延时线可以通过开关的任意组合，延时量可在0ps、100ps、200ps和300ps四个状态下任意组合。
表3图9所示两位温补数控延时线电路的延时量表
| 第一位 | 第二位 | 延时量 |
| 用开关选通基态 | 用开关选通基态 | 0 |
| 用开关选通延时线 | 用开关选通基态 | 100ps |
| 用开关选通基态 | 用开关选通延时线 | 200ps |
| 用开关选通延时线 | 用开关选通延时线 | 300ps |
图10为本申请实施例七放大收发组件结构示意图；如图10所示，放大收发组件包括功率放大器PA700、低噪声放大器LNA600、选通开关/环形器300，选通开关/环形器300可切换到功率放大器PA700、天线800上以发射信号，选通开关/环形器300可切换到低低噪声放大器LNA600、天线800上以接收信号。
在具体实施收发组件时，可以利用MCM工艺生产，其中盒体采用铝，内壁镀金，外壁镀银，具有重量轻、成本低、散热良好的特点。绝缘子采用微波传输特性良好的玻璃绝缘子。延时线单元、选通开关和功率放大器和低噪声放大器依次用键合丝相连。组件提供的延时量大小、收发状态则由对应的控制电路统一进行控制。
图11为本申请实施例八延时线电路的结构示意图；如图11所示，每个延时线单元100连接有一个放大收发组件，每个放大收发组件包括功率放大器PA700、低噪声放大器LNA600、选通开关/环形器300，选通开关/环形器300可切换到功率放大器PA700、天线800上以发射信号，选通开关/环形器300可切换到低低噪声放大器LNA600、天线800上以接收信号。
优选地，本实施例中，所述选通开关为单刀双掷开关。
延时线电源在8-12GHz范围内提供50ps～250ps的延时量，选通开关选用Hittite公司的HMC547，功率放大器(PA)选用Hittite公司的HMC451，低噪声放大器(LNA)选用Hittite公司的HMC460。
表4图11延时线电路各构件的详细参数表
| 名称 | 型号 | 参数 |
| 延时线单元 | -- | 延时量50ps～250ps，损耗7dB |
| 选通开关 | HMC547 | 损耗1.8dB |
| 功率放大器(PA) | HMC451 | 增益22dBm，P1dB为20dBm |
| 低噪声放大器(LNA) | HMC460 | 增益14dBm，噪声系数2.5Db,P1dB为17dBm |
与现有技术中基于PCB板的延时电路和基于电缆的延时线电路相比，本实施例中可大范围改变收发信号的延时量，通过功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)实现对收发信号的放大处理。
在另外一实施例中，如果基于温补效应，将图5所示的延时线单元替代图11中的延时线单元100，从而可形成既具有温补效应，又具有收发信号放大处理的延时线电路，详细不再附图赘述。
表5温补式延时放大收发延时电路详细参数表
温补数控延时线单元在8-12GHz范围内可提供0ps、100ps、200ps和300ps的延时量，选通开关选用Hittite公司的HMC547，功率放大器(PA)选用Hittite公司的HMC451，低噪声放大器(LNA)选用Hittite公司的HMC460。
可选地，在上述图1-11所示实施例中，每个所述延时线单元的延时量可相同或者可不相同，延时线电路的延时量等于每个所述延时线单元的延时量的叠加。
需要说明的是，上述实施例中可调电容101可以为一个或多个，电感102的数量可以两个或多个。由于在本申请上述实施例的启发下，本领域普通技术人员无需创造性劳动即可实现多个可调电容101、多于两个电感102的延时线单元，因此，在此不再赘述。
需要说明的是，上述电容也可以为多个，相互之间可以并联，也可以串联。
延时量的控制时基于相位的延迟，因此，本发明上述实施例同时实现了相位和延时量的控制。
所述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种延时线电路，其特征在于，包括若干个串联的延时线单元，每个延时线单元包括至少一个可调电容、至少两个互耦的电感以及与至少一个可调电容连接的控制电路，所述至少一个可调电容与所述至少两个互耦的电感串联，所述控制电路用于通过调整电压，以施加到所述至少一个可调电容上，从而调整每个延时线的延时量和相位；
其中,所述控制电路包括滤波电路以及电源接口，滤波电路一端与所述至少一个可调电容连接，另外一端通过所述电源接口与一直流电源连接，通过调整所述电源接口上的电压，以施加到所述至少一个可调电容上，从而调整每个延时线的延时量和相位；
所述延时线电路还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路与所述控制电路连接，用于侦测温度的变化，从而根据侦测到的温度变化，改变所述至少一个可调电容的电容大小从而调整延时量大小。
2.根据权利要求1所述的延时线电路，其特征在于，所述延时线单元并联有一基态单元，通过一选通开关实现在基态单元和延时线单元之间进行切换，以实现延时量的控制或者幅度衰减的控制，所述基态单元包括幅度均衡器和幅度衰减器。
3.根据权利要求2所述的延时线电路，其特征在于，所述选通开关为单刀双掷开关。
4.根据权利要求1所述的延时线电路，其特征在于，所述温度补偿电路的选取与可调电容的类型以及安装可调电容的基板类型有关。
5.根据权利要求1所述的延时线电路，其特征在于，还包括若干个放大收发组件，每个延时线单元连接有一个放大收发组件，每个所述放大收发组件包括功率放大器、低噪声放大器,还包括：选通开关或环形器，选通开关或环形器切换到功率放大器、天线上以发射信号，选通开关或环形器切换到低噪声放大器、天线上以接收信号。
6.根据权利要求5所述的延时线电路，其特征在于，所述选通开关为单刀双掷开关。
7.根据权利要求1-6任一项所述的延时线电路，其特征在于，所述控制电路还包括分压电阻，所述分压电路连接在所述滤波电路和所述电源接口之间。
8.根据权利要求1-6任一项所述的延时线电路，其特征在于，每个所述延时线单元的延时量可相同或者可不相同，延时线电路的延时量等于每个所述延时线单元的延时量的叠加。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20161011 Address after: 050003 Hebei province Shijiazhuang City Xinshi North Road, No. 368 building 4 layer 4 Applicant after: Hebei Sheng Ping Electronic Technology Co., Ltd. Address before: 050003 No. 478 Heping West Road, Xinhua District, Hebei, Shijiazhuang 2-703 Applicant before: Jin Huajiang |
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| GR01 | Patent grant | ||
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