CN110212888A - 一种微带高低通型数字移相器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微带高低通型数字移相器结构，该微带高低通型数字移相器包括第一单刀双掷开关电路、第二单刀双掷开关电路、高通滤波器电路、低通滤波器电路。其中：高通滤波器电路包括：第一微带线、第一电容、第二电容，第一微带线位于第一单刀双掷开关电路和第二单刀双掷开关的节点和地平线之间；低通滤波器电路包括：第二微带线、第三微带线、第三电容，第三电容位于第一单刀双掷开关电路和第二单刀双掷开关节点和地平线之间；第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关两者受电压控制同时连接至高通滤波器电路和低通滤波器。本发明采用感性阻抗微带线替代绕线电感，能减少绕线电感在高频状态下的寄生参数，其次把单刀双掷开关作为电路整体结构，能减少开关寄生电容对电路的影响。本发明设计的电路拓扑结构简单，工作频带宽，适合应用在有源相控阵雷达等系统中。
Description
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，尤其涉及一种微带高低通数字移相器芯片的设计。
背景技术
数字移相器作为军民两用技术，在相控阵列雷达和民用的数字微波通信中有着重要的作用。它是基于能控制电磁波的相位在一定范围内改变的原理，从而制成的相位器件。它的主要技术指标包括相移精度、工作带宽、插入损耗、各态插入损耗差和各态输入和输出端电压的驻波比等。其中高低通数字移相器是数字移相器的一种拓扑结构，它主要通过集总参数元件构成，整体布局紧凑，在低频时具有良好特性。与之相似的结构是图1所示的传统的高低通型数字移相器结构电路，然而随着频率的增加，集总元件的阻抗特性开始改变，寄生参数增大，使得这种结构大多用于较低的频段内，其次由于单刀双掷开关并非理想元件，本发明的电路结构把开关作为电路整体考虑，能够减少开关容性寄生参数对整个电路的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微带高低通型数字移相器结构，用来解决1）高低通型数字移相器在高频时，绕线电感寄生参数增大，面积难以确定的问题。2）单刀双掷开关容性寄生参数对整个电路的影响。
实现本发明目的的技术解决方案是：该微带高低通型数字移相器包括：第一单刀双掷开关电路S1、第二单刀双掷开关S2、高通滤波器电路101和低通滤波器电路102，其中：高通滤波器电路101包括：第一微带线L1、第一电容C1、第二电容C2，第一微带线L1位于第一单刀双掷开关电路S1和第二单刀双掷开关S2的节点和地平线之间；低通滤波器电路102包括：第二微带线L2、第三微带线L3、第三电容C3，第三电容C3位于第二微带线L2和第三微带线L3的节点和地平线之间；第一单刀双掷开关S1的输入端为移相器的信号输入端，第二单刀双掷开关S2的输出端为移相器射频信号的输出端，两者受阈值电压控制同时连接至高通滤波器电路101和低通滤波器102。
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为一种传统的高低通型数字移相器技术。
图2为本发明实的施电路图。
图3为本发明的具体的等效电路图。
图4为本发明的具体的等效电路图。
具体实施方式
本发明提出一种微带高低通型数字移相器结构，通过把高低通滤波器嵌入到单刀双掷开关中，来减少开关容性参数对整体电路的影响，同时，采用微带线替代绕线电感，能减少高频时寄生参数影响。本发明将结合具体的实例进行分析。如图2所示，本微带高低通型数字移相器包括：第一单刀双掷开关电路S1、第二单刀双掷开关S2、高通滤波器电路101和低通滤波器电路102，其中：高通滤波器电路101包括：第一微带线L1、第一电容C1、第二电容C2，第一微带线L1位于第一单刀双掷开关电路S1和第二单刀双掷开关S2的节点和地平线之间；低通滤波器电路102包括：第二微带线L2、第三微带线L3、第三电容C3，第三电容C3位于第二微带线L2和第三微带线L3的节点和地平线之间；第一单刀双掷开关S1的输入端与电容C1和电感L2相连的一端为移相器的信号输入端，第二单刀双掷开关S2的输出端与电容C2和电感L3为移相器射频信号的输出端，两者受阈值电压控制同时连接至高通滤波器电路101和低通滤波器102。本发明提供的电路结构相对简单，易于实现。
所述的第一单刀双掷开关S1主要由场效应管串并联实现，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。
所述第一单刀双掷开关S1包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4。场效应管M1的源级接射频输入信号，漏极与场效应管M3的漏极相连，场效应管M3的栅极与电阻R1相连，场效应管M3的源级接地，栅极与电阻R2相连，电阻R2的另一端与电源相连。场效应管M2的源级接射频输入信号，漏极与场效应管M4的漏极相连，场效应管M2的栅极与电阻R3相连，场效应管M4的源级接地，栅极与电阻R4相连，电阻R4的另一端与电源相连。其中当场效应管M1和场效应管M4导通时，场效应管M2和场效应管M3截止，构成单刀双掷开关的开关状态。
所述第二单刀双掷开关S2包括场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M8，电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8。场效应管M5的漏级接射频输入信号，漏极与场效应管M7的漏极相连，场效应管M5的栅极与电阻R5相连，场效应管M5的源级接地，场效应管M7栅极与电阻R6相连，电阻R6的另一端与电源相连，场效应管的M7的源级接射频输出信号。场效应管M6的漏级接射频输入信号，漏极与场效应管M8的漏极相连，场效应管M6的栅极与电阻R7相连，场效应管M6的源级接地，场效应管M8栅极与电阻R8相连，电阻R8的另一端与电源相连，场效应管的M8的源级接射频输出信号。其中当场效应管M5和场效应管M8导通时，场效应管M6和场效应管M7截止，构成单刀双掷开关的开关状态。
下面结合实施电路图进行详细说明。
如图2所示，本发明提出第一单刀双掷开关电路S1、第二单刀双掷开关S2、高通滤波器电路101和低通滤波器电路102，其中：高通滤波器电路101包括：第一微带线L1、第一电容C1、第二电容C2，第一微带线L1位于第一单刀双掷开关电路S1和第二单刀双掷开关S2的节点和地平线之间；低通滤波器电路102包括：第二微带线L2、第三微带线L3、第三电容C3，第三电容C3位于第二微带线L2和第三微带线L3的节点和地平线之间；第一单刀双掷开关S1的输入端与电容C1和电感L2相连的一端为移相器的信号输入端，第二单刀双掷开关S2的输出端与电容C2和电感L3为移相器射频信号的输出端，两者受阈值电压控制同时连接至高通滤波器电路101和低通滤波器102。
所述的第一单刀双掷开关电路S1与第二单刀双掷开关电路S2参数相同，采用场效应管制作成的单刀双掷开关，在控制电路中开关处于无源状态，不产生直流功耗。同时采用场效应管串并联型结构，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。
本设计中，其移相态和参考态的电路如下所示：
移相态：
参照图3,当给图2中电压V为负电压，V’为零电压时，场效应管M1和场效应管M4截止，可等效成一个电容，场效应管M2和场效应管M3导通，可等效成一个电阻。进一步对电路进行简化，可得到图3所示电路，此时为一个T型的低通网络，为该移相器的移相态。
参考态：
参照图4,当给图2中电压V为零电压，V’为负电压时，场效应管M2和场效应管M3截止，可等效成一个电容，场效应管M1和场效应管M4导通，可等效成一个电阻。进一步对电路进行简化，可得到图4所示电路，此时为一个T型的高通网络，为该移相器的参考态。
移相态与参考态产生相位差为该移相器所移的相位。
Claims (8)
1.一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在于：该结构包括第一单刀双掷开关电路（S1）、第二单刀双掷开关(S2)、高通滤波器电路101和低通滤波器102电路，其中：
所述第一单刀双掷开关电路（S1）包括：开关管M1、开关管M2、开关管M3、开关管M4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，所述电阻阻值相等，其中：第一单刀双掷开关电路（S1）是三端口网络，它的输入端与电容（C1）和第二微带线（L2）相连，输出端一端与低通滤波器电路102的输入端相连，另一端与高通滤波器电路101的输入端相连。
2.所述高通滤波器电路101包括：第一微带线(L1)、第一电容（C1）、第二电容（C2），其中：第一微带线（L1）位于第一单刀双掷开关(S1)和第二单刀双掷开关（S2）的节点和地平线之间，第一电容（C1）一端与移相器的输入端相连，另一端与第一单刀双掷开关（S1）的输入端相连，第二电容（C2）一端与移相器的输出端相连，另一端与第二单刀双掷开关（S2）的输出端相连；
所述低通滤波器电路102包括：第二微带线(L2)、第三微带线（L3）、第三电容（C3），其中：第三电容（C3）位于第一单刀双掷开关(S1)和第二单刀双掷开关（S2）的节点和地平线之间，第二微带线（L2）一端与移相器的输入端相连，另一端与第一单刀双掷开关（S1）的输入端相连，第三微带线（L3）一端与移相器的输出端相连，另一端与第二单刀双掷开关（S2）的输出端相连；
所述第二单刀双掷开关电路（S2）包括：开关管M5、开关管M6、开关管M7、开关管M8、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8.所述电阻阻值相等，其中：第二单刀双掷开关电路（S2）是三端口网络，它的输出端与电容（C2）和第三微带线（L3）相连，输入端一端与低通滤波器电路102的输出端相连，另一端与高通滤波器电路101的输出端相连。
3.根据权利要求1所述的一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在于：所述第一单刀双掷开关电路(S1)和第二单刀双掷开关(S2)，两者协同工作以选择高通滤波器电路和低通滤波器电路其中之一作为信号的传输路径。
4.根据权利要求1所述的一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在：所述第二单刀双掷开关电路（S1）和第二单刀双掷开关电路（S2）中开关管为砷化镓pHEMT工艺场效应管。
5.根据权利要求1所述的一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在于：所诉第一微带线（L1）、第二微带线（L2）、第三微带线（L3）均为感性阻抗微带线，而且是宽度相同的连续传输线。
6.根据权利要求1所述的一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在于：所述第二微带线（L2）与第三微带线(L3)为相等的两条传输线，所述电容（C1）和电容（C2）为两个相等的电容。
7.根据权利要求1所述的一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在于：所述第一微带线（L1）是通过金属过孔接地的方式来连至地低电平。
8.根据权利要求1所述的一种微带高低通型数字移相器结构，其特征在于：所述微带高低通型数字移相器的工作频率为X波段。
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