CN202818241U - 超宽带模拟移相器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种超宽带模拟移相器，属于微波系统移相器领域。该装置包括依次相连的电桥（1）、匹配网络和变容二极管，还包括直流稳压电源（6），直流稳压电源（6）与变容二极管的正极相连，能满足高精度、连续相位步进以及宽带性能要求，满足高性能雷达、测试设备等产品的装备需求，实现超宽带模拟移相器。
Description
技术领域
本实用新型属于微波系统移相器领域，特别涉及一种超宽带的模拟移相器，广泛地应用于雷达系统、通信系统和测量系统等微波领域。
背景技术
移相器是用来改变微波传输信号相移量的微波器件, 它一般分为数字式和模拟式2个大类。数字移相器的相移是固定量化了的, 只能产生固定的几种相移, 不可调谐; 而模拟移相器是连续可调的, 它可以产生在一定范围内的任意相移。移相器的应用十分广泛, 广泛地应用于雷达系统、通信系统和测量系统等微波领域，特别是在相控阵雷达方面应用的最多。目前市场上绝大部分移相器都是数字移相器，不能满足高精度移相需求，并且目前已有的模拟移相器基本上都是窄带的，未见1~18GHz超宽带模拟移相器。本实用新型的模拟移相器涉及的超宽带模拟移相器能满足高精度、连续相位步进以及宽带性能要求，满足高性能雷达、测试设备等产品的装备需求。以1~18GHz模拟移相器为依托，还可以指导其它波段模拟移相器的设计。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种超宽带的模拟移相器，该装置能满足高精度、连续相位步进以及宽带性能要求，满足高性能雷达、测试设备等产品的装备需求，实现超宽带模拟移相器。
本实用新型采用的技术方案如下：超宽带模拟移相器，包括依次相连的电桥1、匹配网络和变容二极管，还包括直流稳压电源6，直流稳压电源6与变容二极管的正极相连，其特征在于：
所述匹配网络包括第一匹配网络2和第二匹配网络3;
所述变容二极管包括第一变容二极管4和第二变容二极管5；
所述第一变容二极管4的正极与第一匹配网络2的输出端相连，负极与地相连；
所述第二变容二极管5的正极与第二匹配网络3的输出端相连，负极与地相连；
所述电桥1有一个输入端，三个输出端，电桥输入端In输入微波信号，第一输出端Out_1与第一匹配网络2的输入端相连，第二输出端Out_2与第二匹配网络3的输入端相连，第三输出端Out_3输出经过变换后的微波信号。
作为优选，所述第一变容二极管4和第二变容二极管5相同。
作为优选，所述电桥1为带线宽带3dB电桥。
作为优选，所述电桥1的第一输出端Out_1和第二输出端Out_2的输出信号相位相差90度。
作为优选，所述第一匹配网络2和第二匹配网络3相同。
作为优选，所述电桥1包括两个串联的多极8.34dB耦合度电桥。
作为优选，所述两个多极8.34dB耦合度电桥采用渐带线方式实现。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用两个多极8.34dB耦合度电桥采用渐带线方式实现的宽带3dB电桥能满足高精度、连续相位步进以及宽带性能要求，满足高性能雷达、测试设备等产品的装备需求，实现超宽带模拟移相器。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理示意图。
图2为本实用新型中电桥结构设计原理示意图。
图3为本实用新型中匹配网络设计过渡思路变化示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本说明书中公开的所有特征，除了互相排除的特征以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，超宽带模拟移相器，包括依次相连的电桥1、匹配网络和变容二极管，还包括直流稳压电源6，直流稳压电源6与变容二极管的正极相连，其特征在于：
所述匹配网络包括第一匹配网络2和第二匹配网络3;
所述变容二极管包括第一变容二极管4和第二变容二极管5；
所述第一变容二极管4的正极与第一匹配网络2的输出端相连，负极与地相连；
所述第二变容二极管5的正极与第二匹配网络3的输出端相连，负极与地相连；
所述电桥1有一个输入端，三个输出端，电桥输入端In输入微波信号，第一输出端Out_1与第一匹配网络2的输入端相连，第二输出端Out_2与第二匹配网络3的输入端相连，第三输出端Out_3输出经过变换后的微波信号。
本实用新型中，通过1~18GHz超宽电桥1以及和变容二极管之间的匹配网络实现了宽带模拟移相器。包括四个部分：1~18GHz超宽电桥1、匹配网络、直流稳压电源6和变容二极管。1~18GHz超宽电桥的输出端口相位相差90度，两路信号经匹配网络，作用到变容二极管上，引起信号的反射，由于变容二极管的电容随所加电压的不同，改变了微波信号的相位，反射回电桥的信号，在输入端In抵消，在第三输出端Out_3叠加，从而得到相位改变了的微波信号，相位随变容二极管的电压而变，变容二极管通过电压的改变，实现阻抗的变化，从而实现电桥1的第三输出端Out_3相位的变化。为了实现良好的性能指标，在变容二极管和宽带电桥之间，必须进行宽带匹配。本具体实施例中，二极管采用MCOM公司的梁氏引线二极管MA4E2038。
所述第一变容二极管4和第二变容二极管5相同。
所述第一匹配网络2和第二匹配网络3相同。
所述电桥1为带线宽带3dB电桥。
所述电桥1的第一输出端Out_1和第二输出端Out_2的输出信号相位相差90度。
所述电桥1包括两个串联的多极8.34dB耦合度电桥。
所述两个多极8.34dB耦合度电桥采用渐带线方式实现。
如图2所示，1~18GHz宽带3dB电桥采用带线方式实现，带线采用RT5880或类似的板材。本实用新型中，电桥采用渐变线的方式，不同于一般的阶梯阻抗变换的方式，这样的方式的好处是结构更简单，指标更好。传统的宽带电桥采用多阶λ/4阻抗变化段，不同阻抗段的奇偶模阻抗因耦合系数不同而不同。根据微波无源电路原理，一阶耦合电路只能实现中心频率的20%带宽范围，为了实现宽带耦合，采用多阶耦合线来展宽带宽，所有阻抗段都满足切比雪夫变换。采用切比雪夫变换原理实现的多阶耦合电桥电路中，不同阶的耦合系数不同，不同的耦合系数使耦合线的奇偶模阻抗不同，从而引起耦合线的线宽不同，不同阶耦合线之间就存在线宽跳变，采用渐变线阻抗变换的方式，使不同阻抗过渡段的阻抗平滑过渡，可以改善电桥的插损和隔离度等指标性能。在本具体实施例中，基板采用的是 RT5880，它是美国罗杰斯公司生产的高可靠性软基板，介电常数为2.2，两边介质厚度为0.508mm，中间介质厚度为0.127mm，更利于渐带线方式的实现。
由于宽带3dB电桥设计难度大，如果仅仅一个3dB电桥来实现设计，不同段耦合线之间的线宽差异很大，给设计带来很大难度，难以实现好令人满意的指标；而且由于带线线宽差异很大，个别耦合线段线宽较细，加工容差小，加工难度大，难以调试。本实用新型中创新设计带线宽带3dB电桥，采用串联式两个多极8.34dB耦合度的电桥，两个8.34dB耦合度的电桥串联后的耦合度为3dB，这样把耦合度大的电桥变为两个小的耦合度电桥的级联。级联的8.34dB耦合度电桥由于耦合度变小，不同段耦合带线的线宽比3dB电桥变化小很多，并且带线变宽，容易仿真设计，指标容差大，方便加工和调试。
如图3所示，匹配网络的作用是使变容二极管端口阻抗匹配到微带线上的50欧姆阻抗。1~18GHz宽带3dB电桥部分是按照50欧姆阻抗来设计的（除了广播电视系统采用75欧姆传输阻抗外，其它雷达等电子系统都是采用50欧姆传输阻抗），但是变容二极管输入端口的阻抗不是50欧姆，为了改善移相器的线性度等指标，并校正3dB电桥部分引起的色散问题，必须设计一个匹配校正结构，连接电桥和变容二极管，优化性能。传统的匹配技术是通过一定的频点范围内，通过Smith圆图等工具，匹配出一个一定带宽的宽带网络出来。这样的方式工作量大，效率很低。本实用新型的设计中，把电桥和变容二极管间两端的阻抗看成二端口网络，设计一个宽带的低通滤波器网络，把设计滤波器的思想移植到端口匹配上来，实现宽带阻抗匹配示。采用这种思想匹配出来的匹配网络，带内波动小，匹配所需时间比传统方式节约。
变容二极管作用是通过电容的变化，改变输入二极管端口信号的相位，并把相位改变了的信号反射回去。为了减小变容二极管的寄生参量，满足频带需求，选用梁式引线变容二极管。电源连续可调，稳压性能好，输出电压纹波小。
直流稳压电源给二极管提供一个可变电压，范围为0-20伏，从而改变变容二极管的电容。
Claims (7)
1.超宽带模拟移相器，包括依次相连的电桥（1）、匹配网络和变容二极管，还包括直流稳压电源（6），直流稳压电源（6）与变容二极管的正极相连，其特征在于：
所述匹配网络包括第一匹配网络（2）和第二匹配网络（3）；
所述变容二极管包括第一变容二极管（4）和第二变容二极管（5）；
所述第一变容二极管（4）的正极与第一匹配网络（2）的输出端相连，负极与地相连；
所述第二变容二极管（5）的正极与第二匹配网络（3）的输出端相连，负极与地相连；
所述电桥（1）有一个输入端，三个输出端，电桥输入端（In）输入微波信号，第一输出端（Out_1）与第一匹配网络（2）的输入端相连，第二输出端（Out_2）与第二匹配网络（3）的输入端相连，第三输出端（Out_3）输出经过变换后的微波信号。
2.根据权利要求1所述的超宽带模拟移相器，其特征在于：
所述第一变容二极管（4）和第二变容二极管（5）相同。
3.根据权利要求1所述的超宽带模拟移相器，其特征在于：
所述电桥（1）为带线宽带3dB电桥。
4.根据权利要求1所述的超宽带模拟移相器，其特征在于：
所述电桥（1）的第一输出端（Out_1）和第二输出端（Out_2）的输出信号相位相差90度。
5.根据权利要求2所述的超宽带模拟移相器，其特征在于：
所述第一匹配网络（2）和第二匹配网络（3）相同。
6.根据权利要求3所述的超宽带模拟移相器，其特征在于：
所述电桥（1）包括两个串联的多极8.34dB耦合度电桥。
7.根据权利要求6所述的超宽带模拟移相器，其特征在于：
所述两个多极8.34dB耦合度电桥采用渐带线方式实现。
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| CN 201220501721 CN202818241U (zh) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 超宽带模拟移相器 |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN106559040A (zh) * | 2015-09-25 | 2017-04-05 | 苏州普源精电科技有限公司 | 校准输出信号相位差的正交分相器、调制/解调器及其方法 |
| CN109004365A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-12-14 | 浙江大学 | 一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路 |
| CN109193083A (zh) * | 2018-09-20 | 2019-01-11 | 天津大学 | 一种新型的可滤波移相器 |
| WO2020134419A1 (zh) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 南京米乐为微电子科技有限公司 | 一种连续可调模拟移相器 |
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- 2012-09-28 CN CN 201220501721 patent/CN202818241U/zh not_active Expired - Fee Related
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