CN106654469A - 一种用于微波毫米波集成电路的数控移相器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其中固定相位生成电路将输入信号转换成两路具有相位差的输出信号，包括输入端口Input、输出端口Output1以及输出端口Output2，输入端口Input与移相器的信号输入端口RFin连接；单刀双掷开关电路切换不同的通路，输出具有相位差的两路信号，包括输入端口RFin1、输入端口RFin2、输出端口Out21、信号控制端口K1和信号控制端口K2，输入端口RFin1与输出端口Output1连接，组成第一通路，输入端口RFin2与输出端口Output2连接，组成第二通路，信号控制端口K1和信号控制端口K2用于切换第一通路和第二通路，输出端口Out21与移相器的信号输出端口RFout连接。上述移相器具有高移相精度、工作频带宽、电路面积小，便于阻抗匹配和系统中级联使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种移相器，特别涉及一种适用于微波毫米波电路设计的用于微波毫米波集成电路的数控移相器。
背景技术
数控移相器在雷达、通信等收发系统中有着广泛的应用，通过切换信号路径，从而产生所需要的相位变化。在现在广泛使用的相控阵体制中，需要大量的固态T/R组件，数控移相器是T/R组件的关键部件，它的移相精度、体积和成本等性能指标直接影响着系统整体的相应指标。如图1所示，传统的数控移相器往往采用高低通滤波器型结构，通过开关器件选择不同的路径，使信号分别通过一个高通滤波器网络和一个低通滤波器网络。当信号通过高通滤波器网络时，相位超前，当信号通过低通滤波器网络时，相位滞后，信号在这两种网络之间转换，从而实现移相功能。该结构设计过程复杂，工作量较大。由于高通滤波器网络和低通滤波器网络具有不同的频率响应和端口阻抗特性，移相器在状态转换时，端口阻抗会发生较大的变化，从而影响移相精度，同时还会影响邻近的其他电路单元。尽管通过优化设计可以将两种网络的匹配设计得较为接近，但是也会带来巨大的工作量和时间成本。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种在保持高移相精度的基础上，工作频带宽，电路面积小，在参考状态和相移状态下端口阻抗高度一致，便于阻抗匹配和系统中级联使用的用于微波毫米波集成电路的数控移相器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供一种用于微波毫米波集成电路的数控移相器，包括固定相位生成电路和单刀双掷开关电路；
所述固定相位生成电路用于将输入信号转换成两路具有特定相位差的输出信号，包括输入端口Input、输出端口Output1以及输出端口Output2，所述输入端口Input与移相器的信号输入端口RFin连接；
所述单刀双掷开关电路用于切换不同的通路，输出具有相位差的两路信号，包括输入端口RFin1、输入端口RFin2、输出端口Out21、信号控制端口K1和信号控制端口K2，所述输入端口RFin1与所述输出端口Output1连接，组成第一通路，所述输入端口RFin2与所述输出端口Output2连接，组成第二通路，所述信号控制端口K1和所述信号控制端口K2用于切换所述第一通路和所述第二通路，所述输出端口Out21与移相器的信号输出端口RFout连接。
本发明采用以上技术方案，达到的技术效果为：本发明提供的用于微波毫米波集成电路的数控移相器由固定相位生成电路将移相器的输入信号转换成两路具有特定相位差的输出信号，通过单刀双掷开关电路的信号控制端口K1和信号控制端口K2选择不同的输出信号通路，来输出相位差为所需特定相移量的不同信号。上述用于微波毫米波集成电路的数控移相器在保持高移相精度的基础上，具有较宽的工作频带，电路面积小，在参考状态和相移状态下端口阻抗高度一致，便于阻抗匹配和系统中级联使用，具有很高实用性。
较优地，在上述技术方案中，所述固定相位生成电路为耦合微带线L1和耦合微带线L2的串接结构，所述耦合微带线L1的端口1与所述信号输入端口RFin连接，所述耦合微带线L2的端口2为开路状态，所述耦合微带线L1的端口3和耦合微带线L2的端口4均接地，所述耦合微带线L1的端口4与所述输出端口Output1连接，所述耦合微带线L2的端口3与所述输出端口Output2连接。
较优地，在上述技术方案中，所述固定相位生成电路包括变压器绕线线圈T1、变压器绕线线圈T2和第一电容C1，所述变压器绕线线圈T1的端口1与所述信号输入端口RFin连接，所述变压器绕线线圈T1的端口3与所述变压器绕线线圈T2的端口1连接，所述变压器绕线线圈T2的端口3与所述第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述变压器绕线线圈T1的端口2和所述变压器绕线线圈T2的端口4均接地，所述变压器绕线线圈T1的端口4与所述输出端口Output1连接，所述变压器绕线线圈T2的端口2与所述输出端口Output2连接。
较优地，在上述技术方案中，所述固定相位生成电路包括变压器绕线线圈T3、变压器绕线线圈T4、吸收电阻、第二电容C2以及两个第三电容C3，所述变压器绕线线圈T3的端口1与所述信号输入端口RFin连接，所述变压器绕线线圈T3的端口4与所述变压器绕线线圈T4的端口2连接，所述变压器绕线线圈T3的端口2与所述输出端口Output1连接，所述变压器绕线线圈T4的端口3与所述输出端口Output2连接，所述变压器绕线线圈T4的端口4与所述吸收电阻的一端连接，所述吸收电阻的另一端接地，所述第二电容C2的两端分别与所述变压器绕线线圈T3的端口3和端口4连接，两个所述第三电容C3的一端分别与所述变压器绕线线圈T3的端口3和端口4连接，两个所述第三电容C3的另一端均接地。
较优地，在上述技术方案中，所述固定相位生成电路包括Lange耦合器和第一电阻，所述Lange耦合器的输入端口Input与所述信号输入端口RFin连接，所述Lange耦合器的隔离端与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述Lange耦合器的耦合端Output1与所述输入端口RFin1连接，所述Lange耦合器的直通端Output2与所述第二输入端口RFin2连接。
较优地，在上述技术方案中，所述单刀双掷开关电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路包含通路晶体管M1和短路晶体管M3，所述通路晶体管M1的源极与所述信号输出端口RFout连接，所述通路晶体管M1的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述通路晶体管M1的漏极与所述晶体管M3的漏极连接，所述通路晶体管M1的漏极与所述输出端口Output1连接，形成第一通路，所述晶体管M3的源极接地，所述晶体管M3的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接；
所述第二支路包含通路晶体管M2和短路晶体管M4，所述通路晶体管M2的源极所述信号输出端口RFout连接，所述通路晶体管M2的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述通路晶体管M2的漏极与所述晶体管M4的漏极连接，所述晶体管M4的漏极与所述输出端口Output2连接，形成第二通路，所述晶体管M4的源极接地，所述晶体管M4的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接。
较优地，在上述技术方案中，所述单刀双掷开关电路包括第三支路和第四支路：所述第三支路包含通路晶体管M9、通路晶体管M5、短路晶体管M11、短路晶体管M7以及吸收电阻Rabs1，所述晶体管M5的源极与所述信号输出端口RFout连接，所述晶体管M5的栅极通过电阻连接与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M5的漏极与所述晶体管M7的漏极以及所述晶体管M9的源极连接，所述晶体管M7的源极接地，所述晶体管M7的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M9的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M9的漏极与所述输出端口Output1连接，形成第一通路，所述晶体管M11的源极与所述吸收电阻Rabs1的一端连接，所述吸收电阻Rabs1的另一端接地，所述晶体管M11的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M11的漏极与所述晶体管M9的漏极连接连；
所述第四支路包含通路晶体管M10、通路晶体管M6，短路晶体管M12、短路晶体管M8以及吸收电阻Rabs2，所述晶体管M6的源极与所述信号输出端口RFout连接，所述晶体管M6的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M6的漏极与所述晶体管M10的源极以及所述晶体管M8的漏极连接，所述晶体管M8的源极接地，所述晶体管M8的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M10的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M10的漏极与所述输出端口Output2连接，形成第二通路，所述晶体管M12的源极与所述吸收电阻Rabs2的一端连接，所述吸收电阻Rabs2的另一端接地，所述晶体管M12的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M12的漏极与所述晶体管M10的漏极连接。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是现有的高低通滤波器型移相器结构原理图；
图2是图1中用于微波毫米波集成电路的数控移相器的主体结构原理图；
图3是本发明180°固定相位生成电路电路第一实施例的结构图；
图4本发明的180°固定相位生成电路电路第二实施例的结构图；
图5是本发明90°固定相位生成电路电路第一实施例的结构图；
图6是本发明90°固定相位生成电路电路第二实施例的结构图；
图7是本发明单刀双掷开关电路电路的结构图；
图8是本发明吸收式单刀双掷开关电路电路的结构图。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，包括固定相位生成电路和单刀双掷开关电路；
固定相位生成电路用于将输入信号转换成两路具有特定相位差的输出信号，包括输入端口Input、输出端口Output1以及输出端口Output2，输入端口Input与移相器的信号输入端口RFin连接；
单刀双掷开关电路用于切换不同的通路，输出具有相位差的两路信号，包括输入端口RFin1、输入端口RFin2、输出端口Out21、信号控制端口K1和信号控制端口K2，输入端口RFin1与输出端口Output1连接，组成第一通路，输入端口RFin2与输出端口Output2连接，组成第二通路，信号控制端口K1和信号控制端口K2用于切换第一通路和第二通路，输出端口Out21与移相器的信号输出端口RFout连接。
作为一种可实施方式，如图3所示，固定相位生成电路为耦合微带线L1和耦合微带线L2的串接结构，耦合微带线L1的端口1与信号输入端口RFin连接，耦合微带线L2的端口2为开路状态，耦合微带线L1的端口3和耦合微带线L2的端口4均接地，耦合微带线L1的端口4与输出端口Output1连接，耦合微带线L2的端口3与输出端口Output2连接。
作为一种可实施方式，如图4所示，固定相位生成电路包括变压器绕线线圈T1、变压器绕线线圈T2和第一电容C1，变压器绕线线圈T1的端口1与信号输入端口RFin连接，变压器绕线线圈T1的端口3与变压器绕线线圈T2的端口1连接，变压器绕线线圈T2的端口3与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，变压器绕线线圈T1的端口2和变压器绕线线圈T2的端口4均接地，变压器绕线线圈T1的端口4与输出端口Output1连接，变压器绕线线圈T2的端口2与输出端口Output2连接。
作为一种可实施方式，如图5所示，固定相位生成电路包括变压器绕线线圈T3、变压器绕线线圈T4、吸收电阻、第二电容C2以及两个第三电容C3，变压器绕线线圈T3的端口1与信号输入端口RFin连接，变压器绕线线圈T3的端口4与变压器绕线线圈T4的端口2连接，变压器绕线线圈T3的端口2与输出端口Output1连接，变压器绕线线圈T4的端口3与输出端口Output2连接，变压器绕线线圈T4的端口4与吸收电阻的一端连接，吸收电阻的另一端接地，第二电容C2的两端分别与变压器绕线线圈T3的端口3和端口4连接，两个第三电容C3的一端分别与变压器绕线线圈T3的端口3和端口4连接，两个第三电容C3的另一端均接地。
作为一种可实施方式，如图6所示，固定相位生成电路包括Lange耦合器和第一电阻，Lange耦合器的输入端口Input与信号输入端口RFin连接，Lange耦合器的隔离端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，Lange耦合器的耦合端Output1与输入端口RFin1连接，Lange耦合器的直通端Output2与第二输入端口RFin2连接。
作为一种可实施方式，如图7所示，单刀双掷开关电路包括第一支路和第二支路，第一支路包含通路晶体管M1和短路晶体管M3，通路晶体管M1的源极与信号输出端口RFout连接，通路晶体管M1的栅极通过电阻与信号控制端口K1连接，通路晶体管M1的漏极与晶体管M3的漏极连接，通路晶体管M1的漏极与输出端口Output1连接，形成第一通路，晶体管M3的源极接地，晶体管M3的栅极通过电阻与信号控制端口K2连接；
第二支路包含通路晶体管M2和短路晶体管M4，通路晶体管M2的源极信号输出端口RFout连接，通路晶体管M2的栅极通过电阻与信号控制端口K2连接，通路晶体管M2的漏极与晶体管M4的漏极连接，晶体管M4的漏极与输出端口Output2连接，形成第二通路，晶体管M4的源极接地，晶体管M4的栅极通过电阻与信号控制端口K1连接。
作为一种可实施方式，如图8所示，单刀双掷开关电路包括第三支路和第四支路：第三支路包含通路晶体管M9、通路晶体管M5、短路晶体管M11、短路晶体管M7以及吸收电阻Rabs1，晶体管M5的源极与信号输出端口RFout连接，晶体管M5的栅极通过电阻连接与信号控制端口K1连接，晶体管M5的漏极与晶体管M7的漏极以及晶体管M9的源极连接，晶体管M7的源极接地，晶体管M7的栅极通过电阻与信号控制端口K2连接，晶体管M9的栅极通过电阻与信号控制端口K1连接，晶体管M9的漏极与输出端口Output1连接，形成第一通路，晶体管M11的源极与吸收电阻Rabs1的一端连接，吸收电阻Rabs1的另一端接地，晶体管M11的栅极通过电阻与信号控制端口K2连接，晶体管M11的漏极与晶体管M9的漏极连接连；
第四支路包含通路晶体管M10、通路晶体管M6，短路晶体管M12、短路晶体管M8以及吸收电阻Rabs2，晶体管M6的源极与信号输出端口RFout连接，晶体管M6的栅极通过电阻与信号控制端口K2连接，晶体管M6的漏极与晶体管M10的源极以及晶体管M8的漏极连接，晶体管M8的源极接地，晶体管M8的栅极通过电阻与信号控制端口K1连接，晶体管M10的栅极通过电阻与信号控制端口K2连接，晶体管M10的漏极与输出端口Output2连接，形成第二通路，晶体管M12的源极与吸收电阻Rabs2的一端连接，吸收电阻Rabs2的另一端接地，晶体管M12的栅极通过电阻与信号控制端口K1连接，晶体管M12的漏极与晶体管M10的漏极连接。
本发明采用以上技术方案，达到的技术效果为：本发明提供的用于微波毫米波集成电路的数控移相器由固定相位生成电路将移相器的输入信号转换成两路具有特定相位差的输出信号，通过单刀双掷开关电路的信号控制端口K1和信号控制端口K2选择不同的输出信号通路，来输出相位差为所需特定相移量的不同信号。上述用于微波毫米波集成电路的数控移相器在保持高移相精度的基础上，具有较宽的工作频带，电路面积小，在参考状态和相移状态下端口阻抗高度一致，便于阻抗匹配和系统中级联使用，具有很高实用性。
上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：包括固定相位生成电路和单刀双掷开关电路；
所述固定相位生成电路用于将输入信号转换成两路具有相位差的输出信号，包括输入端口Input、输出端口Output1以及输出端口Output2，所述输入端口Input与移相器的信号输入端口RFin连接；
所述单刀双掷开关电路用于切换不同的通路，输出具有相位差的两路信号，包括输入端口RFin1、输入端口RFin2、输出端口Out21、信号控制端口K1和信号控制端口K2，所述输入端口RFin1与所述输出端口Output1连接，组成第一通路，所述输入端口RFin2与所述输出端口Output2连接，组成第二通路，所述信号控制端口K1和所述信号控制端口K2用于切换所述第一通路和所述第二通路，所述输出端口Out21与移相器的信号输出端口RFout连接。
2.如权利要求1所述的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：所述固定相位生成电路为耦合微带线L1和耦合微带线L2的串接结构，所述耦合微带线L1的端口1与所述信号输入端口RFin连接，所述耦合微带线L2的端口2为开路状态，所述耦合微带线L1的端口3和耦合微带线L2的端口4均接地，所述耦合微带线L1的端口4与所述输出端口Output1连接，所述耦合微带线L2的端口3与所述输出端口Output2连接。
3.如权利要求1所述的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：所述固定相位生成电路包括变压器绕线线圈T1、变压器绕线线圈T2和第一电容C1，所述变压器绕线线圈T1的端口1与所述信号输入端口RFin连接，所述变压器绕线线圈T1的端口3与所述变压器绕线线圈T2的端口1连接，所述变压器绕线线圈T2的端口3与所述第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述变压器绕线线圈T1的端口2和所述变压器绕线线圈T2的端口4均接地，所述变压器绕线线圈T1的端口4与所述输出端口Output1连接，所述变压器绕线线圈T2的端口2与所述输出端口Output2连接。
4.如权利要求1所述的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：所述固定相位生成电路包括变压器绕线线圈T3、变压器绕线线圈T4、吸收电阻、第二电容C2以及两个第三电容C3，所述变压器绕线线圈T3的端口1与所述信号输入端口RFin连接，所述变压器绕线线圈T3的端口4与所述变压器绕线线圈T4的端口2连接，所述变压器绕线线圈T3的端口2与所述输出端口Output1连接，所述变压器绕线线圈T4的端口3与所述输出端口Output2连接，所述变压器绕线线圈T4的端口4与所述吸收电阻的一端连接，所述吸收电阻的另一端接地，所述第二电容C2的两端分别与所述变压器绕线线圈T3的端口3和端口4连接，两个所述第三电容C3的一端分别与所述变压器绕线线圈T3的端口3和端口4连接，两个所述第三电容C3的另一端均接地。
5.如权利要求1所述的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：所述固定相位生成电路包括Lange耦合器和第一电阻，所述Lange耦合器的输入端口Input与所述信号输入端口RFin连接，所述Lange耦合器的隔离端与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地，所述Lange耦合器的耦合端Output1与所述输入端口RFin1连接，所述Lange耦合器的直通端Output2与所述第二输入端口RFin2连接。
6.如权利要求1至5任一项所述的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：所述单刀双掷开关电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路包含通路晶体管M1和短路晶体管M3，所述通路晶体管M1的源极与所述信号输出端口RFout连接，所述通路晶体管M1的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述通路晶体管M1的漏极与所述晶体管M3的漏极连接，所述通路晶体管M1的漏极与所述输出端口Output1连接，形成第一通路，所述晶体管M3的源极接地，所述晶体管M3的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接；所述第二支路包含通路晶体管M2和短路晶体管M4，所述通路晶体管M2的源极所述信号输出端口RFout连接，所述通路晶体管M2的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述通路晶体管M2的漏极与所述晶体管M4的漏极连接，所述晶体管M4的漏极与所述输出端口Output2连接，形成第二通路，所述晶体管M4的源极接地，所述晶体管M4的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接。
7.如权利要求1至5任一项所述的用于微波毫米波集成电路的数控移相器，其特征在于：所述单刀双掷开关电路包括第三支路和第四支路：所述第三支路包含通路晶体管M9、通路晶体管M5、短路晶体管M11、短路晶体管M7以及吸收电阻Rabs1，所述晶体管M5的源极与所述信号输出端口RFout连接，所述晶体管M5的栅极通过电阻连接与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M5的漏极与所述晶体管M7的漏极以及所述晶体管M9的源极连接，所述晶体管M7的源极接地，所述晶体管M7的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M9的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M9的漏极与所述输出端口Output1连接，形成第一通路，所述晶体管M11的源极与所述吸收电阻Rabs1的一端连接，所述吸收电阻Rabs1的另一端接地，所述晶体管M11的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M11的漏极与所述晶体管M9的漏极连接连；所述第四支路包含通路晶体管M10、通路晶体管M6，短路晶体管M12、短路晶体管M8以及吸收电阻Rabs2，所述晶体管M6的源极与所述信号输出端口RFout连接，所述晶体管M6的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M6的漏极与所述晶体管M10的源极以及所述晶体管M8的漏极连接，所述晶体管M8的源极接地，所述晶体管M8的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M10的栅极通过电阻与所述信号控制端口K2连接，所述晶体管M10的漏极与所述输出端口Output2连接，形成第二通路，所述晶体管M12的源极与所述吸收电阻Rabs2的一端连接，所述吸收电阻Rabs2的另一端接地，所述晶体管M12的栅极通过电阻与所述信号控制端口K1连接，所述晶体管M12的漏极与所述晶体管M10的漏极连接。
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