CN109450403B - 相移单元、相移电路以及移相器 - Google Patents

相移单元、相移电路以及移相器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种相移单元、相移电路以及移相器，所述相移单元包括：交替设置的两个金属层和两个电阻层，所述两个金属层与所述两个电阻层在水平方向错位设置，并且相邻的金属层和电阻层之间具有间隙；第一连接件；以及第二连接件。每个相移单元的金属层和电阻层构成了“交指结构”，在具体应用时，多个交指结构的相移单元并联设置，通过调节该结构的各个尺寸和并联的级数，可以在微波毫米波频段内实现取值非常微小的寄生电阻和电感，进而实现幅相微调的功能。

Description

相移单元、相移电路以及移相器
技术领域
本发明涉及宽带数控移相器技术领域。更具体地，涉及一种相移单元、相移电路以及移相器。
背景技术
数控移相器在雷达、通信、电子对抗等收发系统中有着非常广泛的应用，通过不同的控制信号切换射频信号的不同流通路径，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，它的相移精度、附加调幅、输入输出匹配、体积和成本等性能指标直接影响着系统整体的相应指标。
目前数控移相器的相移精度较低，附加调幅较大，体积和成本你等性能指标无法达标，因此，需要进行相关的改进，以克服上述不足。
发明内容
为了解决目前数控移相器的相移精度较低，附加调幅较大，体积和成本你等性能指标无法达标等问题，本发明提出一种相移单元、相移电路以及移相器，该相移单元适合于多位数控移相器中的小相移位单元的设计，通过在相移状态下引入两个相移单元，在宽带范围内，实现了良好的相移特性，同时具有非常小的相移附加调幅和良好的输入输出匹配，该电路结构紧凑，非常适合于微波毫米波集成电路设计。
在某些实施例中，一种相移单元，包括：
交替设置的两个金属层和两个电阻层，所述两个金属层与所述两个电阻层在水平方向错位设置，并且相邻的金属层和电阻层之间具有间隙；
第一连接件，所述第一连接件连接两个金属层同侧的位于所述电阻层水平方向的外侧的端部，并且所述第一连接件包括一个信号端口；以及
第二连接件，所述第二连接件连接两个电阻层同侧的位于所述金属层水平方向的外侧的端部，并且所述第二连接件包括一个信号端口；
其中，两个所述信号端口用于射频信号的输入和输出。
在某些实施例中，所述第一连接件上的信号端口为射频信号输入端口；所述第二连接件上的信号端口的射频信号输出端口。
在某些实施例中，一种相移电路，包括：
射频输入端、射频输出端和连接在所述射频输入端和射频输出端之间的第一开关元件；
至少一个幅相微调单元，每个幅相微调单元包括并联设置的至少一个如上所述的相移单元，每个所述相移单元的一端连接在所述射频输入端和所述射频输出端之间；
第二开关元件，所述第二开关元件的第一端与每个相移单元的另一端连接；
电感和第三开关元件，所述电感的一端和所述第三开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接，所述电感的另一端和所述第三开关元件的第二端接地设置；
所述第一开关元件、第二开关元件以及第三开关元件的控制端输入开启电压或关断电压，以切换所述电路处于参考状态或者相移状态。
在某些实施例中，所述低位相移单元包括两个。
在某些实施例中，当所述第一开关元件的控制端输入开启电压，所述第二开关元件的控制端输入开启电压，所述第三开关元件的控制端输入关断电压时，所述电路处于参考状态；
当所述第一开关元件的控制端输入关断电压，所述第二开关元件的控制端输入关断电压，所述第三开关元件的控制端输入开启电压时，所述电路处于相移状态。
在某些实施例中，一种移相器，包括上述相移电路。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种相移单元、相移电路以及移相器，每个相移单元的金属层和电阻层构成了“交指结构”，在具体应用时，多个交指结构的相移单元并联设置，通过调节该结构的各个尺寸和并联的级数，可以在微波毫米波频段内实现取值非常微小的寄生电阻和电感，进而实现幅相微调的功能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例中相移单元的示意图。
图2示出本发明实施例中相移电路示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
目前数控移相器的相移精度较低，附加调幅较大，体积和成本你等性能指标无法达标，为了解决上述问题的至少一个，本发明第一方面提供一种相移单元，如图1所示，包括：交替设置的两个金属层1和两个电阻层2，所述两个金属层1与所述两个电阻层2在水平方向错位设置，并且相邻的金属层1和电阻层2之间具有间隙；第一连接件31，所述第一连接件31连接两个金属层1同侧的位于所述电阻层2水平方向的外侧的端部，并且所述第一连接件31包括一个信号端口；以及第二连接件32，所述第二连接件32连接两个电阻层2同侧的位于所述金属层1水平方向的外侧的端部，并且所述第二连接件32包括一个信号端口；其中，两个所述信号端口用于射频信号的输入和输出。
在一个实施例中，第一连接件32上的信号端口为：射频信号输入端口P1，第二连接件32上的信号端口为：射频信号输出端口P2。
每个相移单元的金属层和电阻层构成了“交指结构”，在具体应用时，多个交指结构的相移单元并联设置，通过调节该结构的各个尺寸和并联的级数，可以在微波毫米波频段内实现取值非常微小的寄生电阻和电感，进而实现幅相微调的功能。
本发明还提供一种相移电路，如图2所示，包括：射频输入端RFin、射频输出端RFout和连接在所述射频输入端RFin和射频输出端RFout之间的第一开关元件M1；至少一个幅相微调单元，每个幅相微调单元包括并联设置的至少一个上所述的相移单元，每个所述幅相微调单元的一端连接在所述射频输入端RFin和所述射频输出端RFout之间；第二开关元件M2，所述第二开关元件M2的第一端与每个相移单元的另一端连接；电感L1和第三开关元件M3，所述电感L1的一端和所述第三开关元件M3的第一端与所述第二开关元件M2的第二端连接，所述电感L1的另一端和所述第三开关元件M3的第二端接地设置；所述第一开关元件M1、第二开关元件M2以及第三开关元件M3的控制端输入开启电压或关断电压，以切换所述电路处于参考状态或者相移状态。
优选地，所述幅相微调单元包括两个，如图所示出的幅相微调单元S1和幅相微调单元S2。相移电路工作时射频信号由RFin端口输入，RFout端口输出，控制电压由端口V1和V2输入。晶体管嵌入式的开关滤波器相移电路包括：开关晶体管M1、M2、M3，电感L1和幅相平衡微调单元S1、S2。当V1处于开启电压，V2处于关断电压时，M1和M2导通，M3截止，相移电路处于参考状态，此时电感L1和M3的关断电容并联谐振，电路主要由M1的工作状态决定，两个幅相平衡微调单元不工作，此时电路可以简单地等效为一个由M1决定的导通电阻；当V1处于关断电压，V2处于开启电压时，M1和M2截止，M3导通，相移电路处于相移状态，此时M1的关断电容很小，电感L1被M3的导通电阻短路，两个幅相平衡微调单元和M2的关断电容一起工作，构成一个T型低通网络，参考状态和相移状态下的相位差就是相移单元的相移量。
本发明提供的相移电路，由于每个相移单元的金属层和电阻层构成了“交指结构”，在具体应用时，多个交指结构的相移单元并联设置，通过调节该结构的各个尺寸和并联的级数，可以在微波毫米波频段内实现取值非常微小的寄生电阻和电感，进而实现幅相微调的功能。从而该电路在宽带范围内，实现了良好的相移特性，同时具有较小的相移附加调幅和良好的输入输出匹配，该电路结构紧凑，适合于微波毫米波集成电路设计。
进一步的，基于与上述相同的构思，本发明还提供一种移相器，包括上述所述的电路，该移相器一方面在宽带范围内具有良好的相移特性，同时具有较小的相移附加调幅和良好的输入输出匹配，另一方面结构紧凑，体积小，能够降低制作成本。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种相移电路，其特征在于，包括：
射频输入端、射频输出端和连接在所述射频输入端和射频输出端之间的第一开关元件；
至少一个幅相微调单元，每个幅相微调单元包括并联设置的至少一个相移单元，每个所述幅相微调单元的一端连接在所述射频输入端和所述射频输出端之间；
第二开关元件，所述第二开关元件的第一端与每个相移单元的另一端连接；
电感和第三开关元件，所述电感的一端和所述第三开关元件的第一端与所述第二开关元件的第二端连接，所述电感的另一端和所述第三开关元件的第二端接地设置；
所述第一开关元件、第二开关元件以及第三开关元件的控制端输入开启电压或关断电压，以切换所述电路处于参考状态或者相移状态；
其中，所述相移单元包括交替设置的两个金属层和两个电阻层，所述两个金属层与所述两个电阻层在水平方向错位设置，并且相邻的金属层和电阻层之间具有间隙；
第一连接件，所述第一连接件连接两个金属层同侧的位于所述电阻层水平方向的外侧的端部，并且所述第一连接件包括一个信号端口；以及
第二连接件，所述第二连接件连接两个电阻层同侧的位于所述金属层水平方向的外侧的端部，并且所述第二连接件包括一个信号端口；
其中，两个所述信号端口用于射频信号的输入和输出。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一连接件上的信号端口为射频信号输入端口；所述第二连接件上的信号端口的射频信号输出端口。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述幅相微调单元包括两个。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述第一开关元件的控制端输入开启电压，所述第二开关元件的控制端输入开启电压，所述第三开关元件的控制端输入关断电压时，所述电路处于参考状态；
当所述第一开关元件的控制端输入关断电压，所述第二开关元件的控制端输入关断电压，所述第三开关元件的控制端输入开启电压时，所述电路处于相移状态。
5.一种移相器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的电路。
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