CN114122648B - 一种宽带低色散移相器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽带低色散移相器，包括控制模块耦接于移相模块，其中所述移相模块包括传输线、金属地板以及移相单元，所述传输线与金属地板平行设置，用于形成电容效果，所述金属地板开设有缝隙，用于形成电感效果，移相单元输入端耦接于传输线，移相单元输出端耦接于控制模块，所述控制模块用于控制移相单元通断进而实现移相模块相位移动。本发明通过传输线、金属地板以及移相单元的配合设置，能够减少移相器布置空间，实现传输线的小型化，同时可实现高频低频的灵活切换，从而实现相位变换以及带宽低色散的效果。

Description

一种宽带低色散移相器

技术领域

本发明涉及及半导体器件及传感器的技术领域，尤其涉及一种宽带低色散移相器。

背景技术

移相器(Phase Shifter)是用来改变传输信号相位的器件，在移相器的性能、功耗、尺寸等方面都对相控阵天线的系统指标起着决定性的影响。发射/接收(T/R)组件是现代有源相控阵天线系统中的核心部件，其性能优越与否在很大程度上影响相控阵天线系统的整体性能，包括衰减器、微波开关、限幅器、移相器等微波控制电路元件。其中移相器的移相精度决定了T/R组件能否实现。因此，移相器部件的性能决定了T/R组件设计的成败，其成本、性能、质量、体积、可靠性也直接影响着相控阵天线系统的相应指标。

目前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。导致这种数字移相器一方面在结构尺寸上过大，且其制作工艺复杂，成本较高，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构，但是这虽然在一定程度上降低移相器制作难度及生产成本，也适当提升了移相器射频性能，但是这些类型移相器存在着位数不足、带宽不足、色散严重、功率容量不够、损耗过大等缺陷。

发明内容

为解决现有移相器结构尺寸上过大，且其制作工艺复杂，成本较高或是位数不足、带宽不足、色散严重、功率容量不够、损耗过大的问题，本发明所提供的一种宽带低色散移相器能够有效降低移相部分与传输线耦合，缩小尺寸，提升工作带宽，减小损耗。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种宽带低色散移相器，包括控制模块耦接于移相模块，其中所述移相模块包括传输线、金属地板以及移相单元，所述传输线与金属地板平行设置，用于形成电容效果，所述金属地板开设有缝隙，用于形成电感效果，移相单元输入端耦接于传输线，移相单元输出端耦接于控制模块，所述控制模块用于控制移相单元通断进而实现移相模块相位移动。

本发明通过传输线、金属板的设置，形成电容、电感串联以及配合移向单元的设置，实现相位移动。

优选的是，传输线呈“几”字形折弯结构设置，用于增加传输线电容值。

通过采用上述技术方案，通过传输线呈“几”字形折弯结构设置，以增加传输线本身的电容值，且通过“几”字形的设置，还可以有效控制移相器移相分布间隔，较少其布置空间，实现传输线的小型化。

优选的是，缝隙位于金属地板上与传输线交叉设置。

通过采用上述技术方案，通过缝隙位于金属地板上与传输线交叉设置，从而便于更好的形成与传输线形成的电容串联的电感。

优选的是，移相单元包括二极管、调谐电感以及调谐贴片，所述二极管与调谐电感并联设置，所述调谐贴片与二极管以及调谐电感串联设置，根据控制模块控制二极管的通断，二极管断开时，信号无法从二极管处通过，信号经由调谐电感及调谐贴片入地，其整体体现并联电感效应，二极管导通时，调谐电感处于短路状态，信号直接由二极管进入调谐贴片后入地，其整体体现并联电容效应。

通过采用上述技术方案，通过控制控制模块，从而控制二极管的通断，在二极管关闭时，信号无法从二极管处通过，信号经由调谐电感及调谐贴片入地，从而使得其整体电路体现并联电感效应，此时低频相位响应快。而在二极管导通时，移向单元中的调谐电感处于短路状态，信号直接由二极管进入调谐贴片后入地，从而使得其整体体现并联电容效应，此时高频相位响应快，通过控制控制开关，实现二极管通断，进而实现高频低频的灵活切换。

优选的是，调谐电感还串联有隔直电容，用于防止调谐电感通电被烧坏，其中隔直电容的输入端耦接于调谐电感，隔直电容的输出端耦接于调谐贴片，调谐贴片还串联有偏置电感，用于隔离高频信号，防止射频信号泄露，其中偏置电感的输入端与调谐贴片耦接，偏置电感的输出端耦接于控制模块。

通过采用上述技术方案，通过隔直电容的设置，在二极管通电时，避免调谐电感处通电被烧坏；在传输线加电时直流电能通过，但是高频信号通不过去，通过设置调谐电感，从而避免射频信号顺着加电的传输线泄露。

优选的是，控制模块包括电源和控制开关，所述电源一端通过偏置电感与传输线连接，电源的另一端与控制开关相连并接地，所述控制开关的另一端耦接于偏置电感。

通过采用上述技术方案，通过电源供电，通过控制控制开关的闭合和打开，从而控制二极管的通断。

优选的是，调谐电感可以由不同长度微带线代替，用于灵活调整电感值。

通过采用上述技术方案，通过调谐电感可以由不同长度微带线代替，从而可根据需要灵活调整电感值。

优选的是，调谐贴片可以替换相应容值电容代替，用于灵活调整电容值。

通过采用上述技术方案，通过调谐贴片可以用相应容值的电容替换，从而可根据需要灵活调整电容值。

优选的是，移相模块可以设置为一组或多组。

通过采用上述技术方案，根据实际需要，可将移相模块设置为一组或多组，进而更灵活实现相位移动。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过传输线呈“几”字形折弯结构设置，以增加传输线本身的电容值，且配合金属地板开设有缝隙，形成串联的电感、电容的效果，再配合移相单元实现相位移动。且通过“几”字形的设置，还可以有效控制移相器移相分布间隔，较少其布置空间，实现传输线的小型化。通过控制二极管的通断，在二极管关闭时，整体电路体现并联电感效应，此时低频相位响应快，而在二极管导通时，其整体体现并联电容效应，此时高频相位响应快，进而实现高频低频的灵活切换，从而实现相位变换以及带宽低色散的效果。

附图说明

图1是本申请实施例的一种宽带低色散移相器的结构示意图；

图2是本申请实施例等效电路模型的示意图；

图3是本申请实施例二极管断开时，并联电感效应示意图；

图4是本申请实施例二极管闭合时，并联电容效应示意图。

附图标记：

11、传输线；12金属板；121、缝隙；13、移相单元；131、二极管；132、调谐电感；133、调谐贴片；134、隔直电容；135、偏置电感；2、控制模块；21：电源；22、控制开关。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

实施例1：

如图1、图2所示，一种宽带低色散移相器，包括移相模块、控制模块2，控制模块2耦接于移相模块，其中移相模块可以设置为一组或多组。

移相模块包括传输线11、金属地板12以及移相单元13，传输线11与金属地板12平行设置，用于形成电容，金属地板12开设有缝隙121，形成电感，移相单元输入端耦接于传输线11，移相单元13输出端耦接于控制模块2，移相单元13与传输线11并联设置。

控制模块2用于控制移相单元13通断进而实现移相模块相位移动。控制模块2包括电源21和控制开关22，电源21一端与传输线11相连，电源21的另一端与控制开关22连接并接地，控制开关22的另一端耦接于移相单元13，通过控制开关22的通断控实现对移相单元13的移相控制。

具体的，由于传输线11与金属地板12平行设置，传输线11与金属地板12之间以电容形式存在，从而形成电容效果。在金属地板12上开设缝隙121，且开设的缝隙121的长度方向与传输线11的长度方向相互垂直，从而形成电感效果。

传输线11呈“几”字形折弯结构设置，“几”字形传输结构一方面可以在有限的空间布置更长的传输线，实现小型化；另一方面，“几”字形传输线由于两段线之间间距很小，可以增加传输线11本身的电容值，形成类似并联的电容。

其中，移相单元13包括二极管131、调谐电感132以及调谐贴片133，二极管131与调谐电感132并联设置，调谐贴片133与二极管131串联设置，根据控制模块2控制二极管131的通断。

具体的，调谐贴片133与二极管131串联设置，二极管131正极耦接于主传输线11，二极管131负极耦接于调谐贴片133输入端，调谐贴片133输出端耦接于控制开关22。调谐电感132与二极管131并联设置，调谐电感132输入端耦接于主传输线11，调谐电感132的输出端耦接于调谐贴片133，调谐电感132与调谐贴片133串联设置。

参照图3所示，断开控制开关22，导致二极管131断开，信号无法从二极管131处通过，信号经由调谐电感132及调谐贴片133入地，配合金属地板12开缝隙121形成串联的电感值，以及呈“几”字形的传输线形成并联的电容值，合理控制调谐电感132值，其整体体现并联电感效应。

参照图4所示，闭合控制开关22，导致二极管131导通，调谐电感132处于短路状态，信号直接由二极管131进入调谐贴片133后入地，配合金属地板12开缝隙形成串联的电感值，以及呈“几”字形的传输线11形成并联的电容值，其整体体现并联电容效应。

通过控制控制开关22进而控制二极管131通断状态实现并联电感或电容的选择，其中并联为电感状态时，低频相位响应快；并联为电容状态时，高频相位响应快，最终实现该移相模块的移相控制。且通过两种响应相结合，可实现宽带低色散效果。

其中调谐电感132还串联有隔直电容134，用于防止调谐电感132通电被烧坏，隔直电容134位于调谐电感132与调谐贴片133之间，隔直电容134的输入端耦接于调谐电感132，隔直电容134的输出端耦接于调谐贴片133。在二极管131通电时，通过隔直电容134的设置，避免调谐电感132处通电被烧坏。

调谐贴片133还串联有偏置电感135，用于隔离高频信号，防止射频信号泄露，其中偏置电感135的输入端与调谐贴片133耦接，偏置电感135的输出端耦接于控制模块2。在传输线11加电时直流电能通过，但是高频信号通不过去，通过设置偏置电感135，从而避免射频信号顺着加电的传输线11泄露。

实施例二

实施例二与实施例一的区别仅在于：调谐电感132可以由不同长度微带线代替，从而可根据需要灵活调整电感值。

实施例三

实施例三与实施例一的区别仅在于：调谐贴片133可以用相应容值的电容替换，从而可根据需要灵活调整电容值。

本实施例的实施原理：通过传输线11呈“几”字形折弯结构设置，以增加传输线11本身的电容值，且配合金属地板12开设有缝隙121，缝隙121的长度方向与传输线11的长度方向相互垂直，从而可形成电感值，配合传输线11的设置，形成串联的电感、电容的效果，再配合移相单元13实现相位移动。且通过“几”字形的设置，还可以有效控制移相器移相分布间隔，较少其布置空间，实现传输线的小型化。

其中通过控制控制开关22，从而控制与控制开关22串联的二极管131的通断，利用二极管131的特性，在二极管131关闭时，信号无法从二极管131处通过，信号经由调谐电感132及调谐贴片133入地，从而使得其整体电路体现并联电感效应，此时低频相位响应快。而在二极管131导通时，移相单元13中的调谐电感132处于短路状态，信号直接由二极管131进入调谐贴片133后入地，从而使得其整体体现并联电容效应，此时高频相位响应快，通过控制控制开关22，实现二极管131通断，进而实现高频低频的灵活切换，从而实现相位变换以及带宽低色散的效果。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种宽带低色散移相器，包括移相模块、控制模块，所述控制模块耦接于移相模块；

其中所述移相模块包括传输线、金属地板以及移相单元；

所述传输线与所述金属地板平行设置，用于形成电容效果；

所述金属地板开设有缝隙，且开设的缝隙的长度方向与所述传输线的长度方向相互交叉，用于形成电感效果；

所述移相单元包括二极管、调谐电感以及调谐贴片，所述二极管与所述调谐电感并联设置，所述调谐贴片与所述二极管以及调谐电感串联设置，所述移相单元输入端耦接于所述传输线，所述移相单元输出端耦接于所述控制模块；

所述控制模块包括电源和控制开关，所述电源一端与所述传输线相连，所述电源的另一端与所述控制开关相连并接地，所述控制开关的另一端耦接于所述移相单元，所述控制模块用于控制所述移相单元的通断进而实现所述移相模块相位移动。

2.根据权利要求1所述的一种宽带低色散移相器，其特征在于，所述传输线呈“几”字形折弯结构设置，用于增加传输线电容值。

3.根据权利要求1所述的一种宽带低色散移相器，其特征在于，所述调谐贴片还串联有偏置电感，用于隔离高频信号，防止射频信号泄露，其中所述偏置电感的输入端与所述调谐贴片耦接，所述偏置电感的输出端耦接于所述控制模块；

所述调谐电感还串联设置有隔直电容，用于防止所述调谐电感通电被烧坏，其中所述隔直电容的输入端耦接于所述调谐电感，所述隔直电容的输出端耦接于所述调谐贴片。

4.根据权利要求1所述的一种宽带低色散移相器，其特征在于，所述调谐电感可以由不同长度微带线代替，用于灵活调整电感值。

5.根据权利要求1所述的一种宽带低色散移相器，其特征在于，所述调谐贴片可以替换相应容值电容代替，用于灵活调整电容值。

6.根据权利要求1所述的一种宽带低色散移相器，其特征在于，所述移相模块可以设置为一组或多组。

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