CN111786058A - 一种低损耗移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低损耗移相器，包括：介质基板及设置于所述介质基板上的主传输线(1)、偏置线(2)、与偏置线连接的第一导电孔(3)、传输线枝节(4)、位于传输线枝节(4)上的第一开关(5)、带有缝隙的金属地板(6)、与金属地板(6)连接的第二导电孔(7)、与第二导电孔(7)连接的屏蔽线(8)、位于屏蔽线(8)上的第二开关(9)及隔直电容(10)。本发明的优点在于：一方面，外围枝节形成高谐振状态，实现传输线小型化；另一方面，在外围枝节上加载开关不会影响主路信号传输，避免损耗累加的同时降低开关对主路信号的吸收。

Description

一种低损耗移相器
技术领域
本发明属于微波单片集成电路(MMIC)领域技术领域，具体涉及一种低损耗移相器。
背景技术
有源相控阵的每个天线单元后端都包含一套完整的独立的收发(T/R)组件，可以控制形成多种辐射波束：高增益单波束辐射、多波束指向辐射等等，由于每个单元的独立性，一个有源相控阵也可以分成多个雷达或通信的收发阵列，相比无源相控阵提高了使用灵活性。
作为T/R组件的核心器件，移相器的性能、功耗、尺寸等对相控阵天线的系统指标起着决定性的影响。传统的移相器采用切换不同长度传输线的方式实现移相功能，然而这种移相器需要较多不同长度的传输线，同时需要两个一入多出射频开关。这种数字移相器结构一方面尺寸过大，另一方面移相器移相分布间隔较大，很难满足相控阵天线对移相器位数的要求。
基于传统移相器的缺点，研究人员提出了反射式移相器、可变电容移相器、介质可调移相器等结果，然而这些类型移相器存在着位数不足、功率容量不够、损耗过大等缺陷。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提出一种基于枝节开关结构的低损耗数字移相器，开关可以是二极管、电磁调控的液晶开关、MEMS开关等等，也可选用带有开关作用或可实现开关功能的结构或材料实现本专利里调节容性/感性的方法，均在该专利保护范围，该结构在主传输线外围并联电感或电容枝节，通过调节枝节长度实现移相器功能。
具体的，本发明提供了一种低损耗移相器，包括：介质基板及设置于所述介质基板上的主传输线、偏置线、与偏置线连接的第一导电孔、传输线枝节、位于传输线枝节上的第一开关、带有缝隙的金属地板、与金属地板连接的第二导电孔、与第二导电孔连接的屏蔽线、位于屏蔽线上的第二开关及隔直电容。
进一步地，传输线枝节与金属地板缝隙间隔放置，为一组或多组。
进一步地，传输线枝节用于增加传输线电容，金属地板缝隙用于增加传输线电感。
进一步地，所述主传输线、偏置线、传输线枝节、位于传输线枝节上的开关、屏蔽线、位于屏蔽线上的开关及隔直电容设置于所述介质基板一侧；带有缝隙的金属地板设置于所述介质基板的另一侧；所述第一及第二导电孔用于连接所述介质基板两侧的金属线。
进一步地，所述主传输线、偏置线、传输线枝节、位于传输线枝节上的开关、屏蔽线、位于屏蔽线上的开关及隔直电容、和带有缝隙的金属地板，位于所述介质基板的同侧，没有导电孔连接。
进一步地，位于传输线枝节上的所述第一开关与传输线枝节以串联或并联形式连接，数量为一个或多个，通过在第一开关上加电，控制传输线枝节的电长度，实现移相器功能。
进一步地，所述带有缝隙的金属地板，沿金属地板缝隙方向放置一个或多个与金属地板连接的第二导电孔、与第二导电孔连接的屏蔽线、位于屏蔽线上的第二开关及隔直电容，所述隔直电容用于防止第二开关短路，通过在第二开关上加电，控制传输线枝节的电长度，实现移相器功能。
进一步地，位于传输线枝节上的第一开关及位于屏蔽线上的第二开关的通断状态既可以实现移相功能又可以调节传输线阻抗，通过控制所述第一及第二开关的状态，实现传输线阻抗控制。
本发明的优点在于：一方面，外围枝节形成高谐振状态，实现传输线小型化；另一方面，在外围枝节上加载开关不会影响主路信号传输，避免损耗累加的同时降低开关对主路信号的吸收。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。
在附图中：
附图1(a)示出了根据本发明实施方式的一种低损耗移相器的俯视图；
附图1(b)示出了根据本发明实施方式的一种低损耗移相器的侧视图；
附图2示出了根据本发明实施方式的一种低损耗移相器的部分等效电路模型示意图；
附图3示出了根据本发明实施方式的一种低损耗移相器的开关分布示意图；
附图4示出了根据本发明实施方式的一种低损耗移相器的传输线与金属地板的位置示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1(a)、(b)所示，根据本发明的实施方式，提出一种低损耗移相器，包含介质基板及设置于所述介质基板上的主传输线(1)，偏置线(2)、与偏置线连接的导电孔(3)、传输线枝节(4)、位于传输线枝节(4)上的开关(5)、带有缝隙的金属地板(6)、与金属地板(6)连接的导电孔(7)、与导电孔(7)连接的屏蔽线(8)、位于屏蔽线(8)上的开关(9)及隔直电容(10)。射频信号沿主传输线方向传输；偏置线及导电孔确保主传输线与金属地板直流电势一致；传输线枝及金属地板缝隙节可以实现慢波传输线结构；在传输线枝节及金属地板缝隙加载开关可改变传输线枝节及金属地板缝隙电长度，实现射频传输阻抗及相位控制。
本发明的移相器中，信号由主传输线进入，金属地板开缝隙可提升传输线感性。在缝隙内部分布开关，通过改变开关通断状态实现感性可调；主传输线两侧分布枝节可以提升传输线容性，在枝节上分布开关，通过改变开关通断状态实现容性可调。通过感性和容性的调节最终实现相位及阻抗控制。等效电路模型如图2所示。
在本发明的一个实施例中，传输线枝节与金属地板缝隙间隔放置，可为一组或多组，根据移相量、阻抗、插入损耗等要求优化选择。
在本发明的一个实施例中，传输线枝节用于增加传输线电容，金属地板缝隙用于增加传输线电感，电容电感的组合或单独使用可以实现传输线慢波结构及阻抗控制。
在本发明的一个实施例中，主传输线，偏置线，传输线枝节，位于传输线枝节上的开关，屏蔽线，位于屏蔽线上的开关及隔直电容放置于介质基板一侧；带有缝隙的金属地板，位于介质基板的另一侧；导电孔用于连接介质基板两侧的金属线。
在本发明的一个实施例中，主传输线，偏置线，传输线枝节，位于传输线枝节上的开关，屏蔽线，位于屏蔽线上的开关及隔直电容，带有缝隙的金属地板，位于介质基板的同侧，无需导电孔连接。
在本发明的一个实施例中，位于基板一侧的位于传输线枝节上的开关与传输线枝节以串联或并联形式连接，数量可以为一个或多个，通过在开关上加电，用于控制传输线枝节的电长度，实现移相器功能。
在本发明的一个实施例中，带有缝隙的金属地板，沿金属地板缝隙方向可放置一个或多个与金属地板连接的导电孔，与导电孔连接的屏蔽线，位于屏蔽线上的开关及隔直电容，隔直电容用于防止开关短路，通过在开关上加电，用于控制传输线枝节的电长度，实现移相器功能。
在本发明的一个实施例中，位于传输线枝节上的开关及位于屏蔽线上的开关的通断状态既可以实现移相功能又可以调节传输线阻抗，通过合理控制不同位置开关的状态，实现传输线阻抗控制。
本发明中，开关在传输线枝节上可以为串联分布，也可以为并联分布，如图3所示。
本发明中，传输线与金属地板可以位于介质基板两侧，也可以位于介质基板同一侧，如图4所示。
本发明中，位于传输线枝节上的开关通/断状态用于增/减电容特性，控制移相器慢波特性的增/减，实现移相量的增/减。
本发明中，位于屏蔽线上的开关断/通状态用于增/减电感特性，控制移相器慢波特性的增/减，实现移相量的增/减。
本发明中，位于输线枝节上的开关及位于屏蔽线上的开关在实现及控制移相器慢波特性的同时，可用于控制移相器阻抗控制，以确保在移相过程中移相器驻波满足设计需求。
需要说明的是，本发明中，位于输线枝节上的开关及位于屏蔽线上的开关状态的改变，引入的主属性为电容和电感，也会引入包括电阻、电感、电容在内的其他副属性，副属性的调节依然可以控制移相器驻波。
本发明的低损耗移相器，一方面，外围枝节形成高谐振状态，实现传输线小型化；另一方面，在外围枝节上加载开关不会影响主路信号传输，避免损耗累加的同时降低开关对主路信号的吸收。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种低损耗移相器，其特征在于，包括：介质基板及设置于所述介质基板上的主传输线(1)、偏置线(2)、与偏置线连接的第一导电孔(3)、传输线枝节(4)、位于传输线枝节(4)上的第一开关(5)、带有缝隙的金属地板(6)、与金属地板(6)连接的第二导电孔(7)、与第二导电孔(7)连接的屏蔽线(8)、位于屏蔽线(8)上的第二开关(9)及隔直电容(10)。
2.依据权利要求1中所述的低损耗移相器，其特征在于，传输线枝节与金属地板缝隙间隔放置，为一组或多组。
3.依据权利要求1中所述的低损耗移相器，其特征在于，传输线枝节用于增加传输线电容，金属地板缝隙用于增加传输线电感。
4.依据权利要求1中所述的低损耗移相器，其特征在于，所述主传输线、偏置线、传输线枝节、位于传输线枝节上的开关、屏蔽线、位于屏蔽线上的开关及隔直电容设置于所述介质基板一侧；带有缝隙的金属地板设置于所述介质基板的另一侧；所述第一及第二导电孔用于连接所述介质基板两侧的金属线。
5.依据权利要求2中所述的低损耗移相器，其特征在于，所述主传输线、偏置线、传输线枝节、位于传输线枝节上的开关、屏蔽线、位于屏蔽线上的开关及隔直电容、和带有缝隙的金属地板，位于所述介质基板的同侧，没有导电孔连接。
6.依据权利要求1中所述的低损耗移相器，其特征在于，位于传输线枝节上的所述第一开关与传输线枝节以串联或并联形式连接，数量为一个或多个，通过在第一开关上加电，控制传输线枝节的电长度，实现移相器功能。
7.依据权利要求1中所述的低损耗移相器，其特征在于，所述带有缝隙的金属地板，沿金属地板缝隙方向放置一个或多个与金属地板连接的第二导电孔、与第二导电孔连接的屏蔽线、位于屏蔽线上的第二开关及隔直电容，所述隔直电容用于防止第二开关短路，通过在第二开关上加电，控制传输线枝节的电长度，实现移相器功能。
8.依据权利要求1中所述的低损耗移相器，其特征在于，位于传输线枝节上的第一开关及位于屏蔽线上的第二开关的通断状态既可以实现移相功能又可以调节传输线阻抗，通过控制所述第一及第二开关的状态，实现传输线阻抗控制。
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