CN109560787A - 一个bit实现两种相移的反射型数字移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一个bit就能实现两种相移的反射型数字移相器，该结构包括3dB定向耦合器、输入匹配网络、输出匹配网络、相位选择开关、相位移相通路。通过对相位选择开关阈值电压的控制，实现两种不同的相位差。本发明的电路结构简单，易于实现，极为有效地解决了3dB定向耦合器所占面积较大，利用率不高所造成的成本浪费，在低频段寄生调幅较小，可以广泛应用于相控阵列雷达系统中。

Description

一个bit实现两种相移的反射型数字移相器
所属技术领域
本发明涉及微电子与固体电子学的射频数字移相器领域，尤其涉及反射型数字移相器芯片的设计。
背景技术
数字移相器在军事的相控阵列雷达和民用的车载雷达防撞系统中有着重要的作用，属于军民两用性技术。数字移相器在有源相控阵列雷达上位于信号收发模组（T/R）前端，和衰减器一起控制波束的精确性。随着有源相控阵雷达的发展，从而对移相器的面积、移相精度和各态插入损耗差等提出了更高的要求。
其中反射型数字移相器是数字移相器的一种拓扑结构，它通过在传输线的终端接入开关和反射元件，当开关切换不同的状态时，它的终端阻抗特性发生变化，从而产生不同的相位状态。与之相似的结构是图1所示的开关结构电路，在变换元件后加一个二极管的单刀单掷开关，通过对二极管单刀单掷开关阈值电压的控制，从而得到两种相位，产生相位差，进行移相。反射型数字移相器是大相位数字移相器一般采用的拓扑结构，它的缺点是3dB定向耦合器虽然能改善电路的驻波性能，但是相对与整个移相器电路面积所占太大，若能充分利用，则可大大缩小整个移相器的面积，节约生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一个bit实现两种相移的反射型数字移相器，用来解决3dB定向耦合器在整个移相器电路中面积所占过大，不能充分利用的问题。
实现本发明目的的技术解决方案是：该反射型数字移相器包括：输入匹配网络单元、输出匹配网络单元、3dB定向耦合器、相位选择开关1、相位选择开关2、相位移相通路1、相位移相通路2、相位移相通路3、相位移相通路4；首先该移相器的输入端与输入匹配网络单元的输入端相连，输入匹配网络单元的输出端与3dB定向耦合器的输入端相连，3dB定向耦合器的输出端1与相位选择开关的输入端相连，3dB定向耦合器的输出端2与相位选择开关2的输入端相连，相位选择开关1与相位移相通路1或者相位移相通路2相连，它由相位选择开关1大的阈值电压控制，相位选择开关2与相位移相通路3或者相位移相通路4相连，它由相位选择开关2大的阈值电压控制，3dB定向耦合器的隔离端与输出匹配网络单元的输入端相连，输出匹配网络单元的输出端为该移相器的输出端。
本发明与现有的技术相比，其显著的优点是：1、该移相器的电路拓扑结构简单，用二极管做的单刀双掷开关，低频时由较好的特性。2、设计简单，一个反射型数字移相器就能实现两种相位结构，相位开关均截止时为参考态，导通一路时为移相态。3、3dB定向耦合器得到了充分利用，缩小了移相器整体的面积，降低了成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为一种现有的技术。
图2为本发明的实施电路图。
图3为本发明的具体的等效电路图。
本发明提出一种一个bit实现两种相移的反射型数字移相器，所述电路包括输入匹配网络单元、输出匹配网络单元、3dB定向耦合器、相位选择开关1、相位选择开关2、相位移相通路1、相位移相通路2、相位移相通路3、相位移相通路4。本发明提供的电路结构相对简单，提高了3dB耦合器的利用率，减小了移相器的整体面积，降低了移相器的生产成本。
所述的输入匹配网络单元主要由双层传输线实现，一端与移相器的输入端相连，另一端与3dB定向耦合器的输入端相连。
所述的输出匹配网络单元主要由双层传输线实现，一端与移相器的输出端相连，另一端与3dB定向耦合器的隔直端相连。
所述3dB定向耦合器主要由传输线绕线而成，有输入端口、输出端口1、输出端口2隔离端口，其中输入端口1和输入端口2之间有90度的相移，输入端口的功率对等的分给输出端口1和输出端口2。
所述相位选择开关1包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，二极管D1和二极管D3正向串联，二极管D2和二极管D4反向串联，二极管D1和二极管D3与二极管D2和二极管D4并联。二极管D1一端与3dB定向耦合器的输出端1相连，另一端与二极管的D3相连，二极管D3与反射电路相移通路1相连，二极管D4与相位移相通路2相连，二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4主要由电压控制，其中当二极管D1和二极管D3导通时，二极管D2和二极管D4截止。
所述相位选择开关2包括二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8，二极管D5和二极管D7正向串联，二极管D6和二极管D8反向串联，二极管D5和二极管D7与二极管D6和二极管D8并联，二极管D5一端与3dB定向耦合器的输出端2相连，另一端与二极管的D7相连，二极管D7与反射电路相移通路3相连，二极管D8与相位移相通路4相连，，二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8主要由电压控制，其中当二极管D5和二极管D7导通时，二极管D6和二极管D8截止。
下面结合实施电路图进行详细说明。
如图3所示，本发明提出一种一个bit实现两种相位的反射型数字移相器，主要由五部分组成：输入匹配网络单元101，输出匹配网络单元102，3dB定向耦合器103，相位选择开关104，相位选择开关105，反射电路106，反射电路107。
所述的输入匹配网络单元101一端与移相器的输入端相连，另一端与3dB定向耦合器103的输入端相连，为移相器的输入提供良好的匹配，降低驻波比。
所述的输出匹配网络单元102一端与移相器的输出端相连，另一端与3dB定向耦合器103的隔离端相连，为移相器的输出提供良好的匹配，降低驻波比。
所述3dB定向耦合器103，它由双层微带线绕线而成，它的所有的端口均是匹配的，有一个输入端口，输出端口1，输出端口2 ，隔离端口。输入端口1和输入端口2之间有90度的相移，输入端口的功率对等的分给输出端口1和输出端口2。
所述相位选择开关104包括四个二极管，分别是二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，二极管D1和二极管D3正向串联，二极管D2和二极管D4反向串联，二极管D1和二极管D3与二极管D2和二极管D4并联。二极管D1一端与3dB定向耦合器的输出端1相连，另一端与二极管的D3相连，二极管D3与反射电路相移通路1相连，二极管D4与相位移相通路2相连，二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4主要由电压控制，其中当二极管D1和二极管D3导通时，二极管D2和二极管D4截止。
所述相位选择开关105包括四个二极管，分别是二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8，二极管D5和二极管D7正向串联，二极管D6和二极管D8反向串联，二极管D5和二极管D7与二极管D6和二极管D8并联，二极管D5一端与3dB定向耦合器的输出端2相连，另一端与二极管的D7相连，二极管D7与反射电路相移通路3相连，二极管D8与相位移相通路4相连，，二极管D5、二极管D6、二极管D7和二极管D8主要由电压控制，其中当二极管D5和二极管D7导通时，二极管D6和二极管D8截止。
本设计中，所述相位开关105与所述相位开关106的结构相同，二极管相对应参数一致。采用PIN二极管为相位开关的组成结构，PIN二极管工作状态有正向偏置和反向偏置，它的工作状态只取决于直流的偏置状态，在设计中相对简单。当所有的二极管均处于截止状态时，为该反射型移相器的参考态，当二极管D1，二极管D3，二极管D5和二极管D7处于导通状态时，二极管D2，二极管D4，二极管D6和二极管D8处于截止状态，实现第一种相位差相移，反之，实现第二种相位差相移。当二极管在本设计中，采用的二极管串并联型结构，能降低相位开关电路的回波损耗，在减小插入损耗的同时提高相位开关电路的隔离度。
所述相位移相通路1、相位移相通路2、相位移相通路3、相位移相通路4是其反射型数字移相器的负载电路，通过改变负载阻抗来控制相移，其中相位移相通路1和相位移相通路3的负载电路相同，相位移相通路2和相位移相通路4的负载电路相同。

Claims (3)

1.一个bit实现两种相移的反射型数字移相器，其特征在于：包括3dB定向耦合器、相位移相通路1、相位移相通路2、相位移相通路3、相位移相通路4、相位选择开关1、相位选择开关2、输入匹配网络单元和输出匹配网络单元；输入匹配网络单元包括输入端和输出端，输入匹配网络单元的输入端是移相器的输入端，输入匹配网络的输出端与3dB定向耦合器的输入端相连；输出匹配网络单元的输出端是移相器的输出端，输出匹配网络单元的输入端与3dB定向耦合器的隔离端相连；相位选择开关1包括输入端、输出端1和输出端2，相位选择开关1的输入端与3dB定向耦合器的输出端1相连，相位选择开关1的输出端与相位移相通路1或者相位移相通路2相连；相位选择开关2包括输入端、输出端3和输出端4，相位选择开关2的输入端与3dB定向耦合器的输出端2相连，相位选择开关1的输出端与相位移相通路3或者相位移相通路4相连。
2.根据权利要求1所述的一个bit实现两种相移的反射型数字移相器，其特征在于：相位选择开关1由两个两两串联的二极管并联构成；相位选择开关2由2个两两串联的二极管并联构成,根据权利要求1所述的一个bit实现两种相移的反射型数字移相器，其特征在于：3dB定向耦合器包括输入端、输出端1、输出端2和隔离端，输入端与输入匹配网络的输出端相连，输出端1与相位移相通路1的输入端相连，输出端2与相位移相通路2的输入端相连，隔离端与输出匹配网络的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一个bit实现两种相移的反射型数字移相器，其特征在于：相位选择开关包括开关二极管1(D1)、开关二极管2(D2)、开关二极管3(D3)、开关二极管4(D4)、开关二极管1的输出端和开关二极管3的输入端相连，开关二极管1的输入端与相位选择开关1的输出端相连，开关二极管3的输出端与相位移相通路1输入端相连；开关二极管2的输入端和开关二极管4的输出端相连，开关二极管4的输入端与相位移相通路2的输入端相连；开关1和开关2相交的节点是相位选择开关1的输出端,相位选择开关包括开关二极管5(D5)、开关二极管6(D6)、开关二极管7(D7)、开关二极管8(D8)、开关二极管5的输出端和开关二极管7的输入端相连，开关二极管5的输入端与相位选择开关2的输出端相连，开关二极管7的输出端与相位移相通路3输入端相连；开关二极管6的输入端和开关二极管8的输出端相连，开关二极管8的输入端与相位移相通路4的输入端相连；开关5和开关6相交的节点是相位选择开关2的输出端。
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