CN109193083A - 一种新型的可滤波移相器 - Google Patents

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傅海鹏
杨剑腾
马建国
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    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters

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Abstract

本发明公开了一种新型的可滤波移相器，包括分支线耦合器，所述分支线耦合器的其中一个耦合端口连接有一号负载线，一号负载线连接有一号变容二极管，一号变容二极管负极连接一号负载线，正极接地；分支线耦合器的另外一个耦合端口连接有二号负载线，二号负载线连接有二号变容二极管，二号变容二极管负极连接二号负载线，正极接地。本发明体积小、成本低、结构简单，可实现电控制调相和连续调相，具有较高的频率选择性和带外抑制特性。

Description

一种新型的可滤波移相器
技术领域
本发明涉及微波传输技术，尤其涉及微波移相器和滤波器，更具体的说，是涉及一种新型的可滤波移相器。
背景技术
电磁波通过微波传输器件时，除了幅度会发生变化外，同时相位也会发生变化，移相器是在系统中用来调节传输相位的器件[1]。随着相控阵天线系统的发展，移相器作为其关键核心部件，得到了迅速的发展[2]。移相器可分为模拟移相器和数字移相器，模拟移相器因其可以连续调相这一优势，目前被广泛应用于微波相位测量、通信系统、天线阵列、雷达系统以及微波自动控制系统中[3]。
随着现代技术的高速发展，电子产品集成度越来越高，也就意味着对移相器平面化和小型化的要求更高。无线通信技术和雷达技术的迅速发展也使得高效的频谱利用率对具有高选择性、小体积、低成本的射频滤波器需求迫切[4]。因此，减小电路尺寸和系统的复杂度，同时实现较高的频率选择性和带外抑制特性，成为了目前移相器设计过程中迫切需要解决的问题。将移相和滤波两个功能集中到同一个器件上，在实现高频率选择性的同时可以大范围调相，有助于提高系统集成度并减小尺寸。
【参考文献】
[1]Burdin F,Iskandar Z,Podevin F,et al.Design of Compact Reflection-Type Phase Shifters With High Figure-of-Merit[J].IEEE Transactions onMicrowave Theory&Techniques,2015,63(6):1883-1893.
[2]沈莉丽.360°电调移相器的设计与优化[D].南京理工大学,2012.
[3]谢萍.C波段反射型360°模拟移相器线性化研究[D].吉林大学,2013.
[4]王欢.一种新型的可控电磁混合耦合开路环滤波器[A].中国电子学会(Chinese Institute of Electronics).2007年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C].中国电子学会(Chinese Institute of Electronics):,2007:3.
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种新型的可滤波移相器，该移相器体积小、成本低、结构简单，可实现电控制调相和连续调相，具有较高的频率选择性和带外抑制特性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的新型的可滤波移相器，包括分支线耦合器，所述分支线耦合器的其中一个耦合端口连接有一号负载线，所述一号负载线连接有一号变容二极管，所述一号变容二极管负极连接一号负载线，正极接地；所述分支线耦合器的另外一个耦合端口连接有二号负载线，所述二号负载线连接有二号变容二极管，所述二号变容二极管负极连接二号负载线，正极接地。
所述一号负载线采用90°电长度的传输线，所述二号负载线采用450°电长度的传输线。
调相时，在一号变容二极管和二号变容二极管两端加反向偏压，随着反向偏压增大，一号变容二极管和二号变容二极管的等效容值会减小，由此来改变耦合端口的阻抗，达到调相的目的。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)结构紧凑，如图1所示，可以实现一个电路完成移相和滤波两种功能，减小了电路的尺寸，有助于实现射频系统的小型化。
(2)本发明可以实现180°以上的大调相范围，本通过改变变容二极管两端的反向偏压来调节输出端相位，实现了电控制调相和连续调相两个功能。
(3)本发明有较好的频率选择性和带外抑制，S21和S11的仿真曲线图如图2所示。
附图说明
图1是本发明一种新型的可滤波移相器结构示意图；
图2是本发明一种新型的可滤波移相器S参数仿真示意图。
附图标记：BLC分支线耦合器，R1一号负载线，R2二号负载线，
D1一号变容二极管，D2二号变容二极管，GND地。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
分支线移相器主要由分支线耦合器和变容二极管构成。根据分支线耦合器的特性可以得到，分支线耦合器共有4个端口，分别是输入端、输出端和两个耦合端。在分支线耦合器输入端输入的信号，可以全部的且无反射的进入输出端，而且输入端和输出端之间的相移受另外两个耦合端口所接负载电抗的相位控制。若从耦合端口向外看的反射终端阻抗值为ZL，X为电抗值，Z0为耦合端口的特性阻抗，根据传输线理论，此时的反射系数为：
式中为归一化的电阻抗，则相位为：
由式(2)可知，只要改变即改变X就能改变终端反射波的相位，就可以在输出端获得相移。
分支线滤波器以分支线耦合器为基础，其核心思路是通过推导出输入信号的信号组成中的前馈组合来获得总体频率选择性的传递函数，并且通过分支线耦合器配置信号不同的传播路径，这样可以破坏信号相互作用，在滤波器通带之外产生功率传输零点，从而保持中心频率下的相长干扰。在滤波器的耦合端口加载的负载短截线主要用于在组合的信号分量之间产生适当的振幅和相位关系，以达到最好的滤波效果。
综合分支线移相器和分支线滤波器的主要思路，本发明所提出的新型的可滤波移相器，如图1所示，所使用的技术方案为在分支线耦合器的耦合端口后放置一定电长度和阻抗的负载线，产生滤波特性。将变容二极管接在负载线后面，通过反向偏压调节变容二极管的容值来改变耦合端口阻抗，以达到调节相位的效果。
本发明的新型的可滤波移相器，包括分支线耦合器BLC，所述分支线耦合器BLC的端口A作为输入端口，端口B作为输出端口。所述分支线耦合器BLC的其中一个耦合端口C连接有一号负载线R1，所述一号负载线R1连接有一号变容二极管D1，所述一号变容二极管D1负极连接一号负载线R1，正极接地GND。所述分支线耦合器BLC的另外一个耦合端口D连接有二号负载线R2，所述二号负载线R2连接有二号变容二极管D2，所述二号变容二极管D2负极连接二号负载线R2，正极接地GND。所述一号负载线R1采用90°电长度的传输线，所述二号负载线R2采用450°电长度的传输线。
调相时，需要在在一号变容二极管D1和二号变容二极管D2两端加反向偏压，随着反向偏压增大，一号变容二极管D1和二号变容二极管D2的等效容值会减小，由此来改变耦合端口的阻抗，达到调相的目的。一号变容二极管D1和二号变容二极管D2保持一定的容值比，可以保证本发明的中心频率保持不变，带外抑制可以达到40dB，同时相移范围可以达到180°。
可以得到调相范围为：
其中，为相对调相范围，ZT为耦合端的输出阻抗，ZL为耦合端的负载线的阻抗，θ为耦合端负载线的电长度。通过式(3)可以得出，θ为π/8+nπ(n为整数)时，理论上的调相范围可以达到360°。
将未加反向偏压的变容二极管理解为等效开路时，电路的S11可以用下式来表示：
令式(4)等于0，可以得到在f0下θ2-θ1＝nπ(n为自然数，θ1和θ2分别为一号负载线、二号负载线的电长度)，又考虑到线性度和产生传输零点的要求，θ1应该为mπ/2(m为自然数)，经过仿真测试，为得到较好的S11和S21(表征插入损耗)可以得到θ1应为90°，θ2应为450°。根据前面所讨论的结果，此时相移量为180°，可以实现大范围的调相，同时如图2所示，具有实现了滤波功能的边缘选择性和带外抑制等特性。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种新型的可滤波移相器，包括分支线耦合器(BLC)，其特征在于，所述分支线耦合器(BLC)的其中一个耦合端口连接有一号负载线(R1)，所述一号负载线(R1)连接有一号变容二极管(D1)，所述一号变容二极管(D1)负极连接一号负载线(R1)，正极接地(GND)；所述分支线耦合器(BLC)的另外一个耦合端口连接有二号负载线(R2)，所述二号负载线(R2)连接有二号变容二极管(D2)，所述二号变容二极管(D2)负极连接二号负载线(R2)，正极接地(GND)。
2.根据权利要求1所述的新型的可滤波移相器，其特征在于，所述一号负载线(R1)采用90°电长度的传输线，所述二号负载线(R2)采用450°电长度的传输线。
3.根据权利要求1所述的新型的可滤波移相器，其特征在于，调相时，在一号变容二极管(D1)和二号变容二极管(D2)两端加反向偏压，随着反向偏压增大，一号变容二极管(D1)和二号变容二极管(D2)的等效容值会减小，由此来改变耦合端口的阻抗，达到调相的目的。
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