CN116032248A - 一种高精度数控移相电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度数控移相电路，涉及数控移相领域，所述数控移相电路用于对射频信号的相对相位进行数控调整，所述数控移相电路包括：第一级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整并将调整后的射频信号输入第二级单元；第二级单元，用于射频信号的相对相位进行负向调整将调整后的射频信号输入第三级单元；第三级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整，并将调整后的射频信号输出；精度调整单元，用于分别在第一级单元和第三级单元的电感上并联电容，对射频信号的相对移相精度进行调节，本发明能够提高小移相位的移相精度。
Description
技术领域
本发明涉及数控移相领域，具体地，涉及一种高精度数控移相电路。
背景技术
随着全固态有源相控阵雷达技术的应用与发展，人们对其基本构成单元T/R组件中各个组成电路的研究也愈加深入，T/R组件是指一个无线收发系统中射频与天线之间的部分，即T/R组件一端接天线，一端接中频处理单元就构成一个无线收发系统。作为有源相控阵雷达T/R组件中关键电路之一的数字式多位移相器，由于其工作状态及技术指标较多，占用面积大，性能要求高，设计和制作难度较大，一直是T/R组件中成本最高的电路之一。而数控移相单元中较小的移相位5.6250或2.81250的移相精度一直是数控移相器设计的重点，若该移相位精度不够高的话，将直接影响整个数控移相器的移相精度，进而影响整个系统的性能。
发明内容
本发明目的是为了提高小移相位的移相精度。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种高精度数控移相电路，所述数控移相电路用于对射频信号的相对相位进行数控调整，所述数控移相电路包括：
第一级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整并将调整后的射频信号输入第二级单元；
第二级单元，用于射频信号的相对相位进行负向调整将调整后的射频信号输入第三级单元；
第三级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整，并将调整后的射频信号输出；
精度调整单元，用于分别在第一级单元和第三级单元的电感上并联电容，对射频信号的相对移相精度进行调节。
其中，由于本发明在第一级单元和第三级单元的电感上均并联有电容，采用并联电容的方法利用了电容的相位频率响应，电感并联电容能有效抵消部分电感的相位效应，同时消除移相电路中晶体管在直通与断开时的参数寄生效应，有效提高了小移相位的移相精度。
优选的，所述精度调整单元包括电容C4和电容C5，C4并联在第一级单元中电感的两端，C5并联在第三级单元中电感的两端。
优选的，所述第一级单元包括电感L5、晶体管FET4、晶体管FET5、电阻R2和电阻R1，其中，FET4的源极和L5的一端均与第一级单元的输入端P5连接，FET4的栅极与R2的一端连接，FET5的栅极与R1的一端连接，R2的另一端和R1的另一端均与第二电源输入端V2连接，FET4的漏极与FET5的源极连接，L5的另一端和FET5的漏极均与第一级单元的输出端连接，第一级单元的输出端与第二级单元的输入端连接，电容C4并联在L5的两端。
其中，电感L5用于实现对射频信号的相对正的相移，晶体管FET4用于与FET5一起实现相对相移和参考态的切换，电阻R2为开关管栅极的隔离电阻，用于防止信号的泄露，电阻R1为开关管栅极的隔离电阻，用于防止信号的泄露。
优选的，所述第二级单元包括电容C3、晶体管FET6、晶体管FET7、电阻R3和电阻R4，其中，FET6的源极和C3的一端均与第二级单元的输入端连接，FET6的栅极与R3的一端连接，FET7的栅极与R4的一端连接，R3的另一端和R4的另一端均与第一电源输入端V1连接，FET6的漏极与FET7的源极连接，C3的另一端和FET7的漏极均与第二级单元的输出端连接，第二级单元的输出端与第三级单元的输入端连接。
其中，电容C3用于实现对射频信号的相对负的相移，晶体管FET6用于与FET7一起实现相对相移和参考态的切换，电阻R3为开关管栅极的隔离电阻，用于防止信号的泄露，电阻R4为开关管栅极的隔离电阻，用于防止信号的泄露。
优选的，所述第三级单元包括电感L4、晶体管FET8、晶体管FET9、电阻R5和电阻R6，其中，FET8的源极和L4的一端均与第三级单元的输入端连接，FET8的栅极与R5的一端连接，FET9的栅极与R6的一端连接，R5的另一端和R6的另一端均与第二电源输入端V2连接，FET8的漏极与FET9的源极连接，L4的另一端和FET9的漏极均与第三级单元的输出端P6连接，第三级单元的输出端与移相电路的输出端连接，电容C5并联在L4的两端。
其中，电感L4用于实现射频信号的相对正的相移，晶体管FET8用于与FET9一起实现相对相移和参考态的切换，电阻R5为开关管栅极的隔离电阻，用于防止信号的泄露，电阻R6为开关管栅极的隔离电阻，用于防止信号的泄露。
优选的，所述移相电路的移相位为11.250或5.6250或2.81250，对小步进的移相而言，即使绝对值很小的误差，其相对的相移变化比例也大，故针对小步进移相，尤其要减小其移相偏差的绝对值。
优选的，晶体管FET4至晶体管FET9均为PHEMT管、SOI CMOS或CMOS管或异质结双极晶体管。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明中的移相电路能够有效提高小移相位的移相精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1为图1传统的5.6250移相位的电路图；
图2为参考态等效电路；
图3为移相态等效电路；
图4为用PHEMT工艺搭建的电路示意图；
图5为本发明中数控移相电路的示意图；
图6为仿真示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
本实施例以14.75-17.25GHz的5.6250移相位为例，通过实际仿真优化，并比较前后两种方法的优劣，实际证明了在电感处并联电容能有效提高小步进移相位的移相精度。
本发明中采用并联电容的方法利用了电容的相位频率响应，电感并联电容能有效抵消部分电感的相位效应，同时消除PHEMT射频开关管在直通与断开时的参数寄生效应，有效提高了小移相位的移相精度。
请参考图1-图3，图1为图1传统的5.6250移相位的电路图，图2为参考态等效电路，图3为移相态等效电路，图1中的等效电路的PHEMT1管(SOI CMOS，HBT同样适用，差别在于不同类型管子由于导通Ron与关断Coff不一样，故串联的管子个数与面积不同)在V2，V1端口电压分别为0/-5V与-5/0V时的等效电路图见图2、图3。
针对图1中的电路原理图，用PHEMT工艺搭建实际电路简图如图4所示，图4为用PHEMT工艺搭建的电路示意图，图4中采用两级晶体管可以提高隔离度。
请参考图5，图5为本发明中数控移相电路的示意图，所述数控移相电路包括：
第一级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整并将调整后的射频信号输入第二级单元；
第二级单元，用于射频信号的相对相位进行负向调整将调整后的射频信号输入第三级单元；
第三级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整，并将调整后的射频信号输出；
精度调整单元，用于分别在第一级单元和第三级单元的电感上并联电容，对射频信号的相对移相精度进行调节。
所述精度调整单元包括电容C4和电容C5，C4并联在第一级单元中电感的两端，C5并联在第三级单元中电感的两端。
其中，在本发明实施例中，所述第一级单元包括电感L5、晶体管FET4、晶体管FET5、电阻R2和电阻R1，其中，FET4的源极和L5的一端均与第一级单元的输入端P5连接，FET4的栅极与R2的一端连接，FET5的栅极与R1的一端连接，R2的另一端和R1的另一端均与第二电源输入端V2连接，FET4的漏极与FET5的源极连接，L5的另一端和FET5的漏极均与第一级单元的输出端连接，第一级单元的输出端与第二级单元的输入端连接，电容C4并联在L5的两端。
其中，在本发明实施例中，所述第二级单元包括电容C3、晶体管FET6、晶体管FET7、电阻R3和电阻R4，其中，FET6的源极和C3的一端均与第二级单元的输入端连接，FET6的栅极与R3的一端连接，FET7的栅极与R4的一端连接，R3的另一端和R4的另一端均与第一电源输入端V1连接，FET6的漏极与FET7的源极连接，C3的另一端和FET7的漏极均与第二级单元的输出端连接，第二级单元的输出端与第三级单元的输入端连接。
其中，在本发明实施例中，所述第三级单元包括电感L4、晶体管FET8、晶体管FET9、电阻R5和电阻R6，其中，FET8的源极和L4的一端均与第三级单元的输入端连接，FET8的栅极与R5的一端连接，FET9的栅极与R6的一端连接，R5的另一端和R6的另一端均与第二电源输入端V2连接，FET8的漏极与FET9的源极连接，L4的另一端和FET9的漏极均与第三级单元的输出端P6连接，第三级单元的输出端与移相电路的输出端连接，电容C5并联在L4的两端。
其中，在本发明实施例中，所述移相电路的移相位为11.250或5.6250或2.81250。
其中，在本发明实施例中，晶体管FET4至晶体管FET9均为PHEMT管或CMOS管或异质结双极晶体管。
从仿真结果来看，在14.75-17.25GHz带内,移相器单元的相对移相量随着频率的升高而减小，当在电感支路两端并联电容后,重新仿真其结果请参考图6，图6为仿真示意图，粗线为移相单元增加并联电容(细线为未增加电容)的仿真结果，图6中m3/m2为对应的移相带宽两端的频率点，纵轴为相对移相量(phase)，横轴对应于移相的频率(f)。
从仿真结果来看，增加并联电容后的相对移相波动为0.150，而未增加并联电容的相对移相波动为0.70，故增加并联电容后能大大提高小步进移相单元的移相精度。
其中，本发明中数控移相电路也可描述为包括：开关单元、相对正移相电感、相对负移相电容和相位调节电容单元，其中，开关单元包括FET4至FET9以及电阻R1至R6，相对正移相电感为L5和L4，相对负移相电容为C3，相位调节电容单元为C4和C5。其中开关单元并联电容实现小步进相对负移相功能，开关单元并联电感实现小步进相对正移相功能，在电感上再并联电容实现相对相位(对使用频段内而言)的平坦(相对相移波动小)。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种高精度数控移相电路，所述数控移相电路用于对射频信号的相对相位进行数控调整，其特征在于，所述数控移相电路包括：
第一级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整并将调整后的射频信号输入第二级单元；
第二级单元，用于射频信号的相对相位进行负向调整将调整后的射频信号输入第三级单元；
第三级单元，用于射频信号的相对相位进行正向调整，并将调整后的射频信号输出；
精度调整单元，用于分别在第一级单元和第三级单元的电感上并联电容，对射频信号的相对移相精度进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种高精度数控移相电路，其特征在于，所述精度调整单元包括电容C4和电容C5，C4并联在第一级单元中电感的两端，C5并联在第三级单元中电感的两端。
3.根据权利要求2所述的一种高精度数控移相电路，其特征在于，所述第一级单元包括电感L5、晶体管FET4、晶体管FET5、电阻R2和电阻R1，其中，FET4的源极和L5的一端均与第一级单元的输入端P5连接，FET4的栅极与R2的一端连接，FET5的栅极与R1的一端连接，R2的另一端和R1的另一端均与第二电源输入端V2连接，FET4的漏极与FET5的源极连接，L5的另一端和FET5的漏极均与第一级单元的输出端连接，第一级单元的输出端与第二级单元的输入端连接，电容C4并联在L5的两端。
4.根据权利要求1所述的一种高精度数控移相电路，其特征在于，所述第二级单元包括电容C3、晶体管FET6、晶体管FET7、电阻R3和电阻R4，其中，FET6的源极和C3的一端均与第二级单元的输入端连接，FET6的栅极与R3的一端连接，FET7的栅极与R4的一端连接，R3的另一端和R4的另一端均与第一电源输入端V1连接，FET6的漏极与FET7的源极连接，C3的另一端和FET7的漏极均与第二级单元的输出端连接，第二级单元的输出端与第三级单元的输入端连接。
5.根据权利要求2所述的一种高精度数控移相电路，其特征在于，所述第三级单元包括电感L4、晶体管FET8、晶体管FET9、电阻R5和电阻R6，其中，FET8的源极和L4的一端均与第三级单元的输入端连接，FET8的栅极与R5的一端连接，FET9的栅极与R6的一端连接，R5的另一端和R6的另一端均与第二电源输入端V2连接，FET8的漏极与FET9的源极连接，L4的另一端和FET9的漏极均与第三级单元的输出端P6连接，第三级单元的输出端与移相电路的输出端连接，电容C5并联在L4的两端。
6.根据权利要求1所述的一种高精度数控移相电路，其特征在于，所述移相电路的移相位为11.250或5.6250或2.81250。
7.根据权利要求1所述的一种高精度数控移相电路，其特征在于，晶体管FET4至晶体管FET9均为PHEMT管或CMOS管或异质结双极晶体管。
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