CN114866071A - 一种w波段超高移相分辨率的移相器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种W波段超高移相分辨率的移相器，其包括反射式移相器、含有数模转换器的数字控制器和不变相位VGA，其中，所述反射式移相器连接信号输入端，用于调节信号相位；所述含有数模转换器的数字控制器连接所述反射式移相器，用于将反射式移相器改造成相位等距可调；所述不变相位VGA与所述反射式移相器的输出端连接，用于对所述反射式移相器的幅度不平衡度进行补偿。本发明移相器首次实现了W波段的超过7位的移相分辨率，解决了目前W波段移相器的2大研发瓶颈：(1)相位分辨率不高(低于6bit)；(2)幅度不平衡(＞5dB)。
Description
技术领域
本发明涉及移相器技术领域，更具体地，涉及一种W波段超高移相分辨率的移相器。
背景技术
移相器可以使得通过信号的相位发生指定变化。在微波频段(300MHz～110GHz)应用的移相器形式主要有延迟线，高低通开关，矢量合成，铁电移相等[1-5]。近年来，在低于60GHz频段范围内，各种移相器设计层出不穷，相关技术也比较成熟[6,7]，但是在高于60GHz时，这仍然是一个有待挖掘和研究的领域[8,9]。在W波段，移相分辨率超过6位的移相器仍未见有报道。虽然反射式移相器可以通过数模转换器DAC来实现离散等距的相位变化，但是也面临幅度不平衡的问题[10]，而且由于系统复杂和实现技术难度大等问题，至今未有94GHz的高移相分辨率(＞6位)的等距离散化反射式移相器报道。
同时，为了克服上述提到的移相器幅度不平衡度问题，一般会在移相器后面连接可变增益放大器VGA。但是传统的VGA在增益变化时，其相位也会跟着发生变化[11]，这种现象不利于对信号相位的精确控制。为了改变这种情况，有一些研究开始转向相位不变的可变增益放大器[12]。但是至今为止，还没有94GHz这么高频段的不变相位VGA设计报道。
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发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种W波段超高移相分辨率的移相器。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下所述的技术方案：
一种W波段超高移相分辨率的移相器，其包括反射式移相器、含有数模转换器的数字控制器和不变相位VGA，其中，所述反射式移相器连接信号输入端，用于调节信号相位；所述含有数模转换器的数字控制器连接所述反射式移相器，用于将反射式移相器改造成相位等距可调；所述不变相位VGA与所述反射式移相器的输出端连接，用于对所述反射式移相器的幅度不平衡度进行补偿。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述反射式移相器为360°反射式移相器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述360°反射式移相器包括依次串联的2个90°移相器和1个180°反相选择器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，每1个所述90°移相器为加载有容性负载的90°耦合器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述90°耦合器为一个宽带的90°耦合器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述90°耦合器为Lange耦合器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述容性负载是电容或者三极管构成的等效电容。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述180°反向选择器包括继电器及与继电器连接的180°耦合器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述含有数模转换器的数字控制器包括控制器与高分辨率数模转换器，所述反射式移相器通过所述高分辨率数模转换器连接所述控制器。
作为本发明提供的所述的W波段超高移相分辨率的移相器的一种优选实施方式，所述高分辨率数模转换器为分辨率7bit以上的数模转换器。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
与现有移相器方案相比，本发明包括反射式移相器、含有数模转换器(DAC)的数字控制器和不变相位VGA，其中，所述反射式移相器连接信号输入端，用于调节信号相位；所述含有数模转换器的数字控制器连接所述反射式移相器，用于将反射式移相器改造成相位等距可调；所述不变相位VGA与所述反射式移相器的输出端连接，用于对所述反射式移相器的幅度不平衡度进行补偿，如此设计本发明移相器首次实现了W波段的超过7位的移相分辨率，解决了目前W波段移相器的2大研发瓶颈：(1)相位分辨率不高(低于6bit)；(2)幅度不平衡(＞5dB)。
一方面，本发明的相位分辨率不再受限于移相器结构设计，而主要由DAC的分辨率决定，这种设计规避了工艺导致的分辨率不够的问题，故本发明可以利用高分辨率的DAC，从而实现更高的移相分辨率，故本发明的相位分辨率可以超过7位甚至更高。移相器相位分辨率的提高有利于提高W波段雷达的空间分辨率。
另外一方面，由于本发明设计并集成了W波段的不变相位VGA，故可对反射式移相器固有的幅度不平衡问题进行补偿。不变相位的VGA极大降低了相控阵天线的波束成形调试难度，有利于相控阵天线的辐射旁瓣抑制。
本发明的提出具有较高的新颖性和很大的实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明W波段超高移相分辨率的移相器的原理框图；
图2为本发明360°反相式移相器的原理框图；
图3为本发明90°移相器的原理框图；
图4为本发明180°反相选择器的原理框图。
图中，1-反射式移相器、11-90°移相器、12-180°反相选择器、121-继电器、122-180°耦合器、13-90°耦合器、131-第一端口、132-第二端口、133-第三端口、134-第四端口、14-可变电容模块、2-数字控制器、21-控制器、22-高分辨率数模转换器、3-不变相位VGA。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1至4，本实施例提供了一种W波段超高移相分辨率的移相器。具体地，本实施例的移相器包括反射式移相器、数字控制器和不变相位VGA，其中，所述反射式移相器连接信号输入端，用于调节信号相位；所述数字控制器包括控制器与高分辨率数模转换器，所述控制器通过所述高分辨率数模转换器连接反射式移相器，用于将反射式移相器改造成相位等距可调；所述不变相位VGA与所述反射式移相器的输出端连接，用于对所述反射式移相器的幅度不平衡度进行补偿；所述不变相位VGA还与信号输出端连接，用于输出幅度补偿后的信号。
所述反射式移相器为360°反射式移相器。进一步地，所述360°反射式移相器包括2个90°移相器、1个180°反相选择器，2个90°移相器和1个180°反相选择器依次串联连接，如此所述360°反相移相器可以通过2个90°移相器实现180°的移相功能，而后再通过1个180°反相选择器实现360°的全范围移相覆盖。
其中，每1个所述90°移相器为加载有容性负载的90°耦合器。优选但不限定地，所述90°耦合器为一个宽带的90°耦合器，具体可以是Lange耦合器或者其他结构耦合器。容性负载可以是电容或者三极管构成的等效电容。
优选地，每1个所述90°移相器包括：一个90°耦合器和两个可变电容模块，其中，所述90°耦合器具有通过传输线相连的第一端口和第二端口、通过传输线相连的第三端口和第四端口，所述第一端口作为信号输入端，所述第二端口与一个所述可变电容模块连接，所述第三端口作为信号输出端，所述第四端口与另一个所述可变电容模块连接，两个所述可变电容模块分别连接高分辨率数模转换器连接。如此，通过两个可变电容模块接收所述高分辨率数模转换器输出的控制电压信号作为可变电容的控制信号，用于控制电压变化进而改变可变电容的大小，进而对信号进行幅度相位调节。具体地，每一所述可变电容模块包括可变电容C1、电容C2、可变电容C3、电容C4、电容C5和电感L1；所述电容C5一端与所述第二端口或第四端口连接，另一端分为三个支路，第一支路连接所述电感L1后接地，第二支路依次连接可变电容C1和电容C2后接地，第三支路依次连接所述可变电容C3和电容C4后接地，其中可变电容C1和可变电容C3均通过电位器VR1、VR2、VR3和VR4分别与所述高分辨率数模转换器连接，如图3所示，便于所述高分辨率数模转换器通过电位器分别输入控制电压。
所述180°反向选择器包括继电器及与继电器连接的180°耦合器。继电器输入端与一个所述90°移相器输出端连接，继电器输出端分别与所述180°耦合器的两输入端连接，所述继电器作为实现单刀双掷开关的功能模块，可以实现输入信号的分路和选择；所述180°耦合器输出端与所述不变相位VGA的输入端连接。
在本实施例中，所述不变相位VGA理解为具有输出相位不变性的可变增益放大器。
在本实施例中，所述高分辨率数模转换器为分辨率7bit以上的数模转换器。所述高分辨率数模转换器输出控制电压信号，该信号作为所述360°反射式移相器可变电容的控制信号，用于控制电压变化进而改变可变电容的大小。
具体实现是，本发明移相器的工作原理为：所述控制器根据指定要求控制所述高分辨率数模转换器输出控制电压信号至所述360°反射式移相器，信号输入至所述360°反射式移相器后，所述360°反射式移相器产生指定要求的相位。相位变化的同时，幅度也会变化，然后再用所述不变相位VGA对变化的幅度变化进行修正，最终得到相位变化但是幅度不变的输出信号。
本发明包括反射式移相器、含有数模转换器(DAC)的数字控制器和不变相位VGA，其中，所述反射式移相器连接信号输入端，用于调节信号相位；所述含有数模转换器的数字控制器连接所述反射式移相器，用于将反射式移相器改造成相位等距可调；所述不变相位VGA与所述反射式移相器的输出端连接，用于对所述反射式移相器的幅度不平衡度进行补偿，如此设计本发明移相器首次实现了W波段的超过7位的移相分辨率。
一方面，本发明的相位分辨率不再受限于移相器结构设计，而主要由DAC的分辨率决定，这种设计规避了工艺导致的分辨率不够的问题，故本发明可以利用高分辨率的DAC，从而实现更高的移相分辨率，故本发明的相位分辨率可以超过7位甚至更高。移相器相位分辨率的提高有利于提高W波段雷达的空间分辨率。
另外一方面，由于本发明设计并集成了W波段的不变相位VGA，故可对反射式移相器固有的幅度不平衡问题进行补偿。不变相位的VGA极大降低了相控阵天线的波束成形调试难度，有利于相控阵天线的辐射旁瓣抑制。本发明具有很大的实用价值。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，其包括反射式移相器、含有数模转换器的数字控制器和不变相位VGA，其中，所述反射式移相器连接信号输入端，用于调节信号相位；所述含有数模转换器的数字控制器连接所述反射式移相器，用于将反射式移相器改造成相位等距可调；所述不变相位VGA与所述反射式移相器的输出端连接，用于对所述反射式移相器的幅度不平衡度进行补偿。
2.根据权利要求1所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述反射式移相器为360°反射式移相器。
3.根据权利要求2所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述360°反射式移相器包括依次串联的2个90°移相器和1个180°反相选择器。
4.根据权利要求3所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，每1个所述90°移相器为加载有容性负载的90°耦合器。
5.根据权利要求4所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述90°耦合器为一个宽带的90°耦合器。
6.根据权利要求5所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述90°耦合器为Lange耦合器。
7.根据权利要求4所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述容性负载是电容或者三极管构成的等效电容。
8.根据权利要求3所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述180°反向选择器包括继电器及与继电器连接的180°耦合器。
9.根据权利要求1所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述含有数模转换器的数字控制器包括控制器与高分辨率数模转换器，所述反射式移相器通过所述高分辨率数模转换器连接所述控制器。
10.根据权利要求9所述的W波段超高移相分辨率的移相器，其特征在于，所述高分辨率数模转换器为分辨率7bit以上的数模转换器。
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| CN115865030A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-03-28 | 华南理工大学 | 一种毫米波宽带小型化的移相器 |
| CN116130905A (zh) * | 2022-12-13 | 2023-05-16 | 重庆西南集成电路设计有限责任公司 | 数字式反射型移相器 |
| CN116232308A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-06 | 隔空（上海）智能科技有限公司 | 一种相位温度补偿电路及装置 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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