CN117118392A - 一种低寄生调幅差分桥t型移相器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波通信领域,具体公开了一种低寄生调幅差分桥T型移相器,差分正支路移相电路的接地端和差分负支路移相电路的接地端连接并形成差分虚地;第一输入端口通过匹配电路与差分正支路移相电路的输入端连接,第二输入端口通过匹配电路与差分负支路移相电路的输入端连接,差分正支路移相电路的输出端与第一输出端口连接,差分负支路移相电路的输出端与第二输出端口连接,第一插入损耗调整电路并联在匹配电路和移相电路之间,第二插入损耗调整电路并联在移相电路与信号输出端口之间。本发明降低了桥T型移相器在参考态和移相态时插入损耗的差值,减小了寄生调幅。本发明适用于相控阵雷达天线阵元中控制相位。

Description

一种低寄生调幅差分桥T型移相器
技术领域
本发明属于微波通信领域,具体地说是一种低寄生调幅差分桥T型移相器。
背景技术
移相器是现代无线通信系统中不可缺少的器件,广泛用于相控阵雷达之中,用于提供合适的相移。相控阵雷达是一种以改变雷达波相位来改变波束方向,从而以电子扫描的方式完成对目标区域监测任务的雷达。相控阵天线面可安装成百上千个个天线阵元,每个阵元都含有一个移相器电路,能够控制天线阵列中每个天线的相位差,从而实现对雷达波束的调节。
相控阵雷达天线阵元中常用的移相器结构包括:高低通型移相器、反射式移相器、桥T型移相器。桥T型移相器是利用开关进行状态切换,参考态时可以等效为带通网络,移相态时等效为T型低通网络,产生滞后相位,实现特定的移相量。桥T型移相器适用于中小相位的控制,但桥T型移相器存在一个显著的缺点,参考态和移相态的插入损耗相差比较大,表现为参考态的插入损耗要比移相态插入损耗大,导致移相器在实现信号移相的同时产生额外的、较大的寄生调幅,即参考态和移相态插入损耗的差值。移相器的寄生调幅会增大雷达波旁瓣能量,雷达波旁瓣能量太大主要会产生两个方面的影响:(1)雷达接收时,导致假目标出现;(2)雷达发射时,导致主瓣能量不够集中,向无效方向发射雷达波;严重影响了相控阵雷达的作战性能。如何补偿桥T型移相器在参考态和移相态时的插入损耗差值,减小寄生调幅一直是研究热点。
发明内容
本发明的目的,是要提供一种低寄生调幅差分桥T型移相器,以降低桥T型移相器在参考态和移相态时插入损耗的差值,减小寄生调幅。
本发明为实现上述目的,所采用的技术方法如下:
一种低寄生调幅差分桥T型移相器,包括信号输入端口、匹配电路、第一插入损耗调整电路、移相电路、第二插入损耗调整电路和信号输出端口;信号输入端口包括第一输入端口和第二输入端口;信号输出端口包括第一输出端口和第二输出端口;移相电路包括差分正支路移相电路和差分负支路移相电路,差分正支路移相电路的接地端和差分负支路移相电路的接地端连接并形成差分虚地;第一输入端口通过匹配电路与差分正支路移相电路的输入端连接,第二输入端口通过匹配电路与差分负支路移相电路的输入端连接,差分正支路移相电路的输出端与第一输出端口连接,差分负支路移相电路的输出端与第二输出端口连接,第一插入损耗调整电路并联在匹配电路和移相电路之间,第二插入损耗调整电路并联在移相电路与信号输出端口之间。
作为限定:差分正支路移相电路包括MOS管NMP1、MOS管NMP2、微带线MLP1、微带线MLP2、电容CP1和电感LP1;差分负支路移相电路包括MOS管NMN1、MOS管NMN2、微带线MLN1、微带线MLN2、电容CN1和电感LN1;差分正支路移相电路和差分负支路移相电路共用MOS管NMT;MOS管NMP1的栅极作为第三控制端,MOS管NMP1的源极分别与匹配电路的输出端、第一插入损耗调整电路的输出端和微带线MLP1的一端连接,MOS管NMP1的漏极分别与第二插入损耗调整电路的输入端、微带线MLP2的一端和第一输出端口连接;MOS管NMP2的栅极作为第四控制端,MOS管NMP2的漏极分别与微带线MLP1的另一端、微带线MLP2的另一端和电容CP1的一端连接,MOS管NMP2的源极分别与MOS管NMT的漏极和电感LP1的一端连接,电感LP1的另一端与电感LN1的一端连接,电感LN1的另一端分别与MOS管NMT的源极和MOS管NMN2的源极连接,MOS管NMT的栅极作为第五控制端,MOS管NMN2的栅极作为第六控制端;MOS管NMN1的源极分别与匹配电路的输出端、第一插入损耗调整电路的输出端和微带线MLN1的一端连接,MOS管NMN1的栅极作为第七控制端;微带线MLN1的另一端分别与电容CN1的一端、微带线MLN2的一端和MOS管NMN2的漏极连接,电容CN1的另一端与电容CP1的另一端连接,微带线MLN2的另一端分别与MOS管NMN1的漏极、第二插入损耗调整电路的输入端和第二输出端口连接;电容CN1和电容CP1的公共端通过电阻Rref接地,电感LP1和电感LN1的公共端通过电阻Rref接地。
作为限定:第一插入损耗调整电路包括MOS管NMC1、调整电阻RP1和调整电阻RN1,匹配电路的输出端和差分正支路移相电路的输入端均与调整电阻RP1的一端连接,调整电阻RP1的另一端与MOS管NMC1的漏极连接,匹配电路的输出端和差分负支路移相电路的输入端均与调整电阻RN1的一端连接,调整电阻RN1的另一端与MOS管NMC1的源极连接,MOS管NMC1的栅极作为第一控制端;第二插入损耗调整电路包括MOS管NMC2、调整电阻RP2和调整电阻RN2,差分正支路移相电路的输出端和调整电阻RP2的一端均通过电容CP3与第一输出端口连接,调整电阻RP2的另一端与MOS管NMC2的漏极连接,差分负支路移相电路的输出端和调整电阻RN2的一端均通过电容CN3与第二输出端口连接,调整电阻RN2的另一端与MOS管NMC2的源极连接,MOS管NMC2的栅极作为第二控制端;调整电阻RN1、匹配电路和差分负支路移相电路的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RP1、匹配电路和差分正支路移相电路的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RN2、差分负支路移相电路和电容CN3的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RP2、差分正支路移相电路和电容CP3的公共端通过电阻Rref接地。
作为限定:匹配电路包括微带线MLP3、微带线MLN3、电容CP2和电容CN2,第一输入端口与微带线MLP3的一端连接,微带线MLP3的另一端分别与电容CP2的一端、第一插入损耗调整电路的输入端和差分正支路移相电路的输入端连接,电容CP2的另一端与电容CN2的一端连接,电容CN2的另一端分别与微带线MLN3的一端、第一插入损耗调整电路的输入端和差分负支路移相电路的输入端连接,微带线MLN3的另一端与第二输入端口连接。
本发明由于采用了上述方案,与现有技术相比,所取得的有益效果是:
本发明提供的一种低寄生调幅差分桥T型移相器,移相电路包括差分正支路移相电路和差分负支路移相电路,差分正支路移相电路和差分负支路移相电路均为桥T型移相电路结构,差分正支路移相电路的接地端和差分负支路移相电路的接地端连接并形成差分虚地,避免了版图中接地孔的引入,节省了桥T型移相器版图面积;通过设置第一插入损耗调整电路和第二插入损耗调整电路,有效降低了移相器在参考态和移相态两种工作状态时插入损耗的差值,从而有效减小了移相器的寄生调幅,进而降低了雷达波信号的旁瓣能量,提高了相控阵雷达的性能。
本发明适用于相控阵雷达天线阵元中控制相位。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器的原理框图;
图2为本发明实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器的电路原理图;
图3为本发明实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器参考态的等效电路图;
图4为本发明实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器参考态第一插入损耗调整电路的等效电路图;
图5为本发明实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器移相态的等效电路图;
图6为本发明实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器移相态第一插入损耗调整电路的等效电路图;
图7为本发明实施例实施例的45°移相器和传统的45°移相器的寄生调幅对比仿真曲线;
图中:1、第一输入端口;2、第二输入端口;3、匹配电路;4、第一插入损耗调整电路;5、差分正支路移相电路;6、差分负支路移相电路;7、第二插入损耗调整电路;8、第一输出端口;9、第二输出端口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本领域的技术人员应当理解,本发明并不限于以下实施例,任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化,都在本发明权利要求保护的范围之内。
实施例一种低寄生调幅差分桥T型移相器
一种低寄生调幅差分桥T型移相器,其原理框图如图1所示,包括信号输入端口、匹配电路3、第一插入损耗调整电路4、移相电路、第二插入损耗调整电路7和信号输出端口;信号输入端口包括第一输入端口1和第二输入端口2;信号输出端口包括第一输出端口8和第二输出端口9;移相电路包括差分正支路移相电路5和差分负支路移相电路6,差分正支路移相电路5的接地端和差分负支路移相电路6的接地端连接并形成差分虚地;第一输入端口1通过匹配电路3与差分正支路移相电路5的输入端连接,第二输入端口2通过匹配电路3与差分负支路移相电路6的输入端连接,差分正支路移相电路5的输出端与第一输出端口8连接,差分负支路移相电路6的输出端与第二输出端口9连接,第一插入损耗调整电路4并联在匹配电路3和移相电路之间,第二插入损耗调整电路7并联在移相电路与信号输出端口之间。
本实施例的低寄生调幅差分桥T型移相器,其具体的电路原理图如图2所示,匹配电路3包括微带线MLP3、微带线MLN3、电容CP2和电容CN2,第一插入损耗调整电路4包括MOS管NMC1、调整电阻RP1和调整电阻RN1,差分正支路移相电路5包括MOS管NMP1、MOS管NMP2、微带线MLP1、微带线MLP2、电容CP1和电感LP1;差分负支路移相电路6包括MOS管NMN1、MOS管NMN2、微带线MLN1、微带线MLN2、电容CN1和电感LN1;差分正支路移相电路5和差分负支路移相电路6共用MOS管NMT,第二插入损耗调整电路7包括MOS管NMC2、调整电阻RP2和调整电阻RN2;第一输入端口1与微带线MLP3的一端连接,微带线MLP3的另一端分别与电容CP2的一端、调整电阻RP1的一端、微带线MLP1的一端和MOS管NMP1的源极连接,电容CP2的另一端与电容CN2的一端连接,电容CN2的另一端分别与微带线MLN3的一端、调整电阻RN1的一端、微带线MLN1的一端和MOS管NMN1的源极连接,微带线MLN3的另一端与第二输入端口2连接,调整电阻RP1的另一端与MOS管NMC1的漏极连接,调整电阻RN1的另一端与MOS管NMC1的源极连接,MOS管NMC1的栅极作为第一控制端;MOS管NMP1的栅极作为第三控制端,MOS管NMP1的漏极分别与微带线MLP2的一端、调整电阻RP2的一端和电容CP3的一端连接,微带线MLP1的另一端分别与微带线MLP2的另一端、MOS管NMP2的漏极和电容CP1的一端连接,MOS管NMP2的栅极作为第四控制端,MOS管NMP2的源极分别与MOS管NMT的漏极和电感LP1的一端连接,电感LP1的另一端与电感LN1的一端连接,电感LN1的另一端分别与MOS管NMT的源极和MOS管NMN2的源极连接,MOS管NMT的栅极作为第五控制端,MOS管NMN2的栅极作为第六控制端,MOS管NMN2的漏极分别与微带线MLN1的另一端、微带线MLN2的一端和电容CN1的一端连接,电容CN1的另一端与电容CP1的另一端连接,微带线MLN2的另一端分别与MOS管NMN1的漏极、调整电阻RN2的一端和电容CN3的一端连接,MOS管NMN1的栅极作为第七控制端;调整电阻RP2的另一端与MOS管NMC2的漏极连接,调整电阻RN2的另一端与MOS管NMC2的源极连接,MOS管NMC2的栅极作为第二控制端,电容CP3的另一端与第一输出端口8连接,电容CN3的另一端与第二输出端口9连接。调整电阻RP1、微带线MLP3、电容CP2、微带线MLP1和MOS管NMP1源极的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RN1、微带线MLN3、电容CN2、微带线MLN1和MOS管NMN1源极的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RP2、微带线MLP2、电容CP3和MOS管NMP1漏极的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RN2、微带线MLN2、电容CN3和MOS管NMN1漏极的公共端通过电阻Rref接地,电容CN1和电容CP1的公共端通过电阻Rref接地,电感LP1和电感LN1的公共端通过电阻Rref接地。
MOS管NMC1的栅极、MOS管NMC2的栅极和MOS管NMT的栅极接收控制信号vc,MOS管NMP1的栅极、MOS管NMP2的栅极、MOS管NMN2的栅极和MOS管NMN1的栅极接收控制信号vcn。控制信号vc和vcn决定本实施例移相器的工作状态,当控制信号vc为低电平时控制信号vcn为高电平,本实施例的移相器工作在参考态;当控制信号vc为高电平时控制信号vcn为低电平,本实施例的移相器工作在移相态。
当本实施例的移相器工作在参考态时,参考态等效电路图如图3所示,移相电路中的MOS管NMP1、MOS管NMP2、MOS管NMN1、MOS管NMN2导通,分别表现为导通阻抗Ron1、导通阻抗Ron2、导通阻抗Ron3、导通阻抗Ron4,MOS管NMT关断,表现为关断电容Coff1,此时移相器呈现出带通网络特性。第一插入损耗调整电路4中的MOS管NMC1关断,表现为关断电容Coff2,且在关断电容Coff2中心产生差分虚地,调整电阻RP1、调整电阻RN1分别与关断电容Coff2等效为串联到地通路,如图4所示,串联电容为2Coff2,调整电阻RP1与关断电容Coff2的串联阻抗为s表示频率,调整电阻RN1与关断电容Coff2的串联阻抗/>因为关断电容Coff2容值很小,串联阻抗/>和/>很大,所以第一插入损耗调整电路4对参考态的幅度几乎没有影响,即第一插入损耗调整电路4对参考态的插入损耗无影响;第二插入损耗调整电路7与第一插入损耗调整电路4同理,在此不在赘述。
当本实施例的移相器工作在移相态时,移相态等效电路图如图5所示,移相电路中的MOS管NMP1、MOS管NMP2、MOS管NMN1、MOS管NMN2关断,分别表现为关断电容Coff3、关断电容Coff4、关断电容Coff5、关断电容Coff6,MOS管NMT导通,表现为导通阻抗Ron5,此时移相器呈现出低通网络特性。第一插入损耗调整电路4中的MOS管NMC1导通,表现为导通阻抗Ron6,且在阻抗中心产生差分虚地,调整电阻RP1、调整电阻RN1分别与导通阻抗Ron6等效为串联到地通路,如图6所示,串联电阻为0.5Ron6,调整电阻RP1与导通阻抗Ron6的串联阻抗为RP1+0.5Ron6,由于导通阻抗Ron6阻值很小,所以串联阻抗约为RP1,调整电阻RN1与导通阻抗Ron6的串联阻抗为RN1+0.5Ron6,由于导通阻抗Ron6阻值很小,所以串联阻抗约为RN1。即在移相态时,第一插入损耗调整电路4在移相器网络中等效为到地的并联电阻支路,此支路会增大移相态的插入损耗,且调整电阻RP1和调整电阻RN1阻值决定了移相态插入损耗的调整程度,通过控制第一插入损耗调整电路4中调整电阻RP1和调整电阻RN1的阻值,能够调整移相态的插入损耗的大小,进而改善移相器在参考态和移相态两种工作状态下插入损耗的差值,降低移相器的寄生调幅;第二插入损耗调整电路7与第一插入损耗调整电路4同理,在此不在赘述。
图7为本实施例的45°移相器和传统的45°移相器的寄生调幅对比仿真曲线,仿真频率为14-18GHz,实线为移相度数,点线为传统的45°移相器的寄生调幅仿真曲线,虚线为本实施例的45°移相器的寄生调幅仿真曲线,可以看到,在工作带宽内本实施例移相器的寄生调幅与传统的移相器的寄生调幅降低了约0.2dB,有效降低了移相器的寄生调幅。

Claims (4)

1.一种低寄生调幅差分桥T型移相器,其特征在于,包括信号输入端口、匹配电路、第一插入损耗调整电路、移相电路、第二插入损耗调整电路和信号输出端口;信号输入端口包括第一输入端口和第二输入端口;信号输出端口包括第一输出端口和第二输出端口;移相电路包括差分正支路移相电路和差分负支路移相电路,差分正支路移相电路的接地端和差分负支路移相电路的接地端连接并形成差分虚地;第一输入端口通过匹配电路与差分正支路移相电路的输入端连接,第二输入端口通过匹配电路与差分负支路移相电路的输入端连接,差分正支路移相电路的输出端与第一输出端口连接,差分负支路移相电路的输出端与第二输出端口连接,第一插入损耗调整电路并联在匹配电路和移相电路之间,第二插入损耗调整电路并联在移相电路与信号输出端口之间。
2.根据权利要求1所述的一种低寄生调幅差分桥T型移相器,其特征在于,差分正支路移相电路包括MOS管NMP1、MOS管NMP2、微带线MLP1、微带线MLP2、电容CP1和电感LP1;差分负支路移相电路包括MOS管NMN1、MOS管NMN2、微带线MLN1、微带线MLN2、电容CN1和电感LN1;差分正支路移相电路和差分负支路移相电路共用MOS管NMT;MOS管NMP1的栅极作为第三控制端,MOS管NMP1的源极分别与匹配电路的输出端、第一插入损耗调整电路的输出端和微带线MLP1的一端连接,MOS管NMP1的漏极分别与第二插入损耗调整电路的输入端、微带线MLP2的一端和第一输出端口连接;MOS管NMP2的栅极作为第四控制端,MOS管NMP2的漏极分别与微带线MLP1的另一端、微带线MLP2的另一端和电容CP1的一端连接,MOS管NMP2的源极分别与MOS管NMT的漏极和电感LP1的一端连接,电感LP1的另一端与电感LN1的一端连接,电感LN1的另一端分别与MOS管NMT的源极和MOS管NMN2的源极连接,MOS管NMT的栅极作为第五控制端,MOS管NMN2的栅极作为第六控制端;MOS管NMN1的源极分别与匹配电路的输出端、第一插入损耗调整电路的输出端和微带线MLN1的一端连接,MOS管NMN1的栅极作为第七控制端;微带线MLN1的另一端分别与电容CN1的一端、微带线MLN2的一端和MOS管NMN2的漏极连接,电容CN1的另一端与电容CP1的另一端连接,微带线MLN2的另一端分别与MOS管NMN1的漏极、第二插入损耗调整电路的输入端和第二输出端口连接;电容CN1和电容CP1的公共端通过电阻Rref接地,电感LP1和电感LN1的公共端通过电阻Rref接地。
3.根据权利要求1所述的一种低寄生调幅差分桥T型移相器,其特征在于,第一插入损耗调整电路包括MOS管NMC1、调整电阻RP1和调整电阻RN1,匹配电路的输出端和差分正支路移相电路的输入端均与调整电阻RP1的一端连接,调整电阻RP1的另一端与MOS管NMC1的漏极连接,匹配电路的输出端和差分负支路移相电路的输入端均与调整电阻RN1的一端连接,调整电阻RN1的另一端与MOS管NMC1的源极连接,MOS管NMC1的栅极作为第一控制端;第二插入损耗调整电路包括MOS管NMC2、调整电阻RP2和调整电阻RN2,差分正支路移相电路的输出端和调整电阻RP2的一端均通过电容CP3与第一输出端口连接,调整电阻RP2的另一端与MOS管NMC2的漏极连接,差分负支路移相电路的输出端和调整电阻RN2的一端均通过电容CN3与第二输出端口连接,调整电阻RN2的另一端与MOS管NMC2的源极连接,MOS管NMC2的栅极作为第二控制端;调整电阻RN1、匹配电路和差分负支路移相电路的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RP1、匹配电路和差分正支路移相电路的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RN2、差分负支路移相电路和电容CN3的公共端通过电阻Rref接地,调整电阻RP2、差分正支路移相电路和电容CP3的公共端通过电阻Rref接地。
4.根据权利要求1所述的一种低寄生调幅差分桥T型移相器,其特征在于,匹配电路包括微带线MLP3、微带线MLN3、电容CP2和电容CN2,第一输入端口与微带线MLP3的一端连接,微带线MLP3的另一端分别与电容CP2的一端、第一插入损耗调整电路的输入端和差分正支路移相电路的输入端连接,电容CP2的另一端与电容CN2的一端连接,电容CN2的另一端分别与微带线MLN3的一端、第一插入损耗调整电路的输入端和差分负支路移相电路的输入端连接,微带线MLN3的另一端与第二输入端口连接。
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