CN111162780B - 一种低电流高电压幅相控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低电流高电压幅相控制系统，包括数控幅相网络和电流复用放大网络，其中，数控幅相网络采用n个相串联的数控器件，n为大于等于1的整数，其中，数控器件为衰减器或移相器，包含n1个衰减器和n2个移相器，n1,n2≥0且n1+n2＝n；电流复用放大网络包括电流复用通路、滤波网络和2个放大器，2个放大器分别连接数控幅相网络的输入端和输出端；2个放大器由电流复用通路连接而组成电流复用方式，滤波网络连接于该两个放大器之间的电流复用通路上。此种系统可明显降低具有幅相控制功能的系统的工作电流，并提高工作电压，同时在低噪声的情况下有效地提升芯片的输入P‑1功率。

Description

一种低电流高电压幅相控制系统
技术领域
本发明属于电子通讯技术领域，特别涉及一种低电流高电压幅相控制系统。
背景技术
在电子通讯系统中，幅相控制是相控阵系统的重要组成部分，在雷达系统、微波通信系统和测量系统中有着广泛的应用。传统幅相控制系统中放大器、衰减器(或移相器)都是独立设计，级联构成系统；但是随着硅基器件的应用，由于硅基器件的工作电压较低，使得芯片系统通常选择低压工作；但是针对相控阵系统阵列而言，实现同等的增益和功率即意味这需要较大的工作电流，在阵列使用中会引入更大的电源压降，从而对系统级电源走线的要求提高。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种低电流高电压幅相控制系统，其可明显降低具有幅相控制功能的系统的工作电流，并提高工作电压，同时在实现较低噪声的情况下有效地提升输入P-1功率，且不会影响幅相控制系统的衰减精度。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种低电流高电压幅相控制系统，包括数控幅相网络和电流复用放大网络，其中，数控幅相网络采用n个相串联的数控器件，n为大于等于1的整数，其中，数控器件为衰减器或移相器，包含n1个衰减器和n2个移相器，n1,n2≥0且n1+n2＝n；电流复用放大网络包括电流复用通路、滤波网络和2个放大器，2个放大器分别连接数控幅相网络的输入端和输出端；两个放大器由电流复用通路连接而组成电流复用方式，滤波网络连接于该两个放大器之间的电流复用通路上。
上述电流复用放大网络还包括n-1个放大器，各放大器的两端分别连接在相邻数控器件的输出端、输入端之间，且任一数控器件的输入、输出端所连接的两个放大器由电流复用通路连接而组成电流复用方式，滤波网络连接于该两个放大器之间的电流复用通路上。
上述任一数控器件的输入端所连接放大器中放大器件的接地端采用射频接地方式，通过电流复用通路连接至该数控器件的输出端所连接放大器中放大器件的电源端；或者任一数控器件的输出端所连接放大器中放大器件的接地端采用射频接地方式，通过电流复用通路连接至该数控器件的输入端所连接放大器中放大器件的电源端。
上述放大器包括第一放大器件、第二放大器件、上拉电阻、接地电阻和接地电容，其中，第一放大器件的集电极连接第二放大器件的发射极，第二放大器件的集电极与基极之间连接上拉电阻；接地电阻和接地电容并联后，一端连接第二放大器件的基极，另一端接地。
上述滤波网络不限于特定结构，可采用电阻、电容、电感等器件实现在放大器系统工作频段(系统载波频率)的衰减特性(阻带特性)，一种实施结构包括第一至第三电感、第一至第三电容，第一电感和第一电容的一端均连接滤波网络的输入端，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端连接第二电感的一端，第二电感的另一端经第二电容接地；第一电感的另一端还连接第三电感的一端，第三电感的另一端连接滤波网络的输出端，第三电感的另一端还经第三电容接地。
上述滤波网络包括第四电感、第五电容和第六电容，其中，第四电感的两端分别作为滤波网络的输入端和输出端，所述滤波网络的输入端还经第五电容接地，滤波网络的输出端经第六电容接地。
上述滤波网络采用高通、低通或带阻网络。
采用上述方案后，本发明由电流复用放大网络和幅相系统架构组成，其中，电流复用放大网络包括构成电流复用的两个或者多个放大器，其中放大器1表示第1级放大器；其中的滤波网络主要是指构成电流复用的两个或者多个放大器之间电源互联通路上的载波信号频段的滤波网络；幅相系统架构是指将衰减器或者移相器穿插入电流复用的放大器之间的系统级融合设计。
本发明在传统的分立式设计的幅相控制系统的基础上，通过采用分布于数控幅相网络前后级的电流复用的放大器，可制作为芯片结构，实现具有幅度控制功能的硅基系统芯片高电压低电流工作，通过在电流复用通道上引入滤波网络，达到不影响幅度控制的精度等特性，能够明显提升硅基幅相控制系统的输入P-1功率和输出P-1功率，同时保证系统较低的工作电流，以降低相控阵系统中，大阵面多芯片引起的较大工作电流带来的影响。
附图说明
图1是一种现有的硅基幅度控制系统的示意图；
图2是本发明实施例1的电路拓扑结构图；
图3是本发明实施例1的带放大器结构的实施示意图；
图4(a)、图4(b)是本发明实施例的滤波网络结构图的两种简易描述图；
图5是本发明实施例2的电路拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提供一种低电流高电压硅基幅相控制系统，包括电流复用放大网络和数控衰减网络，其中，电流复用放大网络由在数控衰减网络前后采用电流复用的放大器实现，确保硅基幅相控制系统的低电流高电压工作模式。
所述电流复用放大网络包括位于衰减器前面的放大器1和位于衰减器后面的放大器2，放大器1、2均可采用多种方式实现，放大器2的放大器件的接地端采用射频接地方式，通过电流复用网络连接至放大器1的电源端，复用放大器1的电流；或者放大器1的放大器件的接地端采用射频接地方式，通过电流复用滤波网络连接至放大器2的电源端，复用放大器2的电流。所述电流复用放大网络还包括滤波网络，可采用电阻、电容、电感等器件实现在放大器系统工作频段(系统载波频率)的衰减特性(阻带特性)，可以由高通、低通或者带阻网络构成。
所述数控衰减网络存在固定插入损耗和相对固定插入损耗的相对插入损耗，6位数控衰减器可以为5位或者其他位衰减；数控衰减器可以为数控移相器。所述数控衰减网络可以采用一个衰减器，也可以拆分成多个衰减器设计，可以增加级联数量，如放大器1→衰减器→放大器2→衰减器→放大器3等等；所述幅相控制系统的电流复用放大器间除数控衰减器外，也可增加其他电路。
实施例1：如图2所示，该实施例为一种硅基幅相控制系统的实现方式，其中，放大器1组成输入放大器，6位衰减器组成数控衰减网络，放大器2组成输出放大器，放大器1和放大器2组成电流复用方式，从而实现低电流高电压工作模式；图3所示为具体的一种代表性的放大器实施示例，其中，放大器2的晶体管N3的接地端采用射频接地方式，通过滤波网络连接至放大器1的N2电源的输入端，从而形成电流复用。图4(a)、图4(b)所示为具体的两种代表性的滤波网络实施示例，通过在工作频段内形成微波带阻网络，滤除放大器1和放大器2之间的串扰信号，从而消除放大器电流复用对幅度控制系统精度等特性的影响。
实施例2：如图5所示，该实施例为另一种硅基幅相控制系统的实现方式；其中，6位衰减器分成了2个3位衰减器，分别位于放大器1、放大器2和放大器3组成电流复用方式结构中间。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低电流高电压幅相控制系统，其特征在于：包括数控幅相网络和电流复用放大网络，其中，数控幅相网络采用n个相串联的数控器件，n为大于等于1的整数，其中，数控器件为衰减器或移相器，包含n1个衰减器和n2个移相器，n1,n2≥0且n1+n2＝n；电流复用放大网络包括电流复用通路、滤波网络和2个放大器，2个放大器分别连接数控幅相网络的输入端和输出端；2个放大器由电流复用通路连接而组成电流复用方式，滤波网络连接于该两个放大器之间的电流复用通路上；
所述电流复用放大网络还包括n-1个放大器，各放大器的两端分别连接在相邻数控器件的输出端、输入端之间，且任一数控器件的输入、输出端所连接的两个放大器由电流复用通路连接而组成电流复用方式，滤波网络连接于该两个放大器之间的电流复用通路上；
所述任一数控器件的输入端所连接放大器中放大器件的接地端采用射频接地方式，通过电流复用通路连接至该数控器件的输出端所连接放大器中放大器件的电源端；或者任一数控器件的输出端所连接放大器中放大器件的接地端采用射频接地方式，通过电流复用通路连接至该数控器件的输入端所连接放大器中放大器件的电源端。
2.如权利要求1所述的一种低电流高电压幅相控制系统，其特征在于：所述放大器包括第一放大器件、第二放大器件、上拉电阻、接地电阻和接地电容，其中，第一放大器件的集电极连接第二放大器件的发射极，第二放大器件的集电极与基极之间连接上拉电阻；接地电阻和接地电容并联后，一端连接第二放大器件的基极，另一端接地。
3.如权利要求1所述的一种低电流高电压幅相控制系统，其特征在于：所述滤波网络包括第一至第三电感、第一至第三电容，第一电感和第一电容的一端均连接滤波网络的输入端，第一电容的另一端接地，第一电感的另一端连接第二电感的一端，第二电感的另一端经第二电容接地；第一电感的另一端还连接第三电感的一端，第三电感的另一端连接滤波网络的输出端，第三电感的另一端还经第三电容接地。
4.如权利要求1所述的一种低电流高电压幅相控制系统，其特征在于：所述滤波网络包括第四电感、第五电容和第六电容，其中，第四电感的两端分别作为滤波网络的输入端和输出端，所述滤波网络的输入端还经第五电容接地，滤波网络的输出端经第六电容接地。
5.如权利要求1所述的一种低电流高电压幅相控制系统，其特征在于：所述滤波网络采用高通、低通或带阻网络。
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