CN209691908U - 一种移相器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种移相器，采用180°移相单元、混合移相单元和22.5°移相单元构成，混合移相单元，包括射频输入传输线、射频输出传输线，以及分别位于射频输入传输线和射频输出传输线之间且并联的第21支路和第22支路。由此，能够将MEMS接触式开关与MEMS电容式开关混合应用到移相器中，把0°/45°/90°/135°移相集成为一位。相比传统的四位开关线型移相器减少了T型结的使用，可以有效减小插损。能够满足四位移相器混合使用两种移相方式，将两种移相方式的优点相结合，减少开关个数，结构设计更为灵活，性能具有竞争力。整体布局简单，易于实际实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种开关结构，尤其涉及一种移相器。
背景技术
射频移相器是相控阵天线的关键器件，并在广泛应用在汽车电子，移动通信，仪器仪表等领域。移相器的插损直接影响信号的功率动态范围。在传统的相控阵列中，由于传统移相器会引入非常大的损耗，通常为7-8dB，因此天线必须在连接移相器之前先连接发射/接收模块(T/R)，以此来补偿增加信号的功率，补偿传统移相器带来的巨大损耗。MEMS移相器与传统移相器相比，其射频损耗更小，成本更低，频带更宽，易于与IC电路集成，易实现小型化。在大型相控阵列中，MEMS移相器可以减小50％-75％T/R组件。
现有方案中的移相器电路拓扑常用方案为开关线型、加载型和反射型。开关线型移相器设计原理简单，易于实现，但尺寸较大。加载型小相移有较好的射频性能并且尺寸较小，但大相移量需要较多开关个数。反射型3db定向耦合器的插损较大，且带宽受限。因此，基于以上讨论，移相器的尺寸及与插损是亟待解决的问题。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种移相器，使其更具有产业上的利用价值。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种移相器。
本实用新型的一种移相器，其特征在于：采用180°移相单元、混合移相单元和22.5°移相单元构成，
所述混合移相单元，包括射频输入传输线、射频输出传输线，以及分别位于所述射频输入传输线和所述射频输出传输线之间且并联的第21支路和第22支路；所述第21支路为0°/45°bit支路，包括MEMS接触式开关第211开关器件、MEMS接触式开关第212开关器件、至少一个MEMS电容式开关第213开关器件、至少一个MEMS电容式开关第214开关器件、至少两个第L21传输线和至少一个第L212传输线，所有结构串行连接；所述第22支路为90°/135°bit支路，包括MEMS接触式开关第221开关器件、MEMS接触式开关第222开关器件、至少一个MEMS电容式开关第223开关器件、至少一个MEMS电容式开关第224开关器件、至少两个第L22传输线和至少一个第L222传输线，所述所有结构串行连接，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第21支路或第22支路。
进一步地，上述的一种移相器，其中，所述第21支路中第213开关器件、第214开关器件之间的第L212传输线与第22支路第223开关器件、第224开关器件之间的第L222传输线尺寸，均小于或等于从所述射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。
更进一步地，上述的一种移相器，其中，所述第213开关器件213、第214开关器件214、第223开关器件223、第224开关器件224同时导通或关断时，第22支路90°/135°bit支路的信号传输相位与第L21支路的信号传输相位差为90°。
更进一步地，上述的一种移相器，其中，所述180°移相单元包括射频输入传输线、射频输出传输线、分别位于所述射频输入传输线和所述射频输出传输线之间且并联的第11支路和第12支路。
更进一步地，上述的一种移相器，其中，所述第11支路包括MEMS接触式开关第111开关器件、第112开关器件和一个第L11传输线，所述第12支路包括MEMS接触式开关第121开关器件、第122开关器件和一个第L12传输线，所述第12支路与第11支路的相位差为180°，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第11支路或第12支路。
更进一步地，上述的一种移相器，其中，所述第11支路包括MEMS接触式开关第111开关器件、第112开关器件和一个第L11传输线，所述第12支路包括MEMS接触式开关第121开关器件、第122开关器件和一个第L12传输线，所述第12支路与第11支路的相位差为180°，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第11支路或第12支路。
更进一步地，上述的一种移相器，其中，所述22.5°移相单元包括，电容式开关第31开关器件，第32开关器件，射频输入传输线，射频输出传输线和两个开关器件之间串接的第L3传输线。
再进一步地，上述的一种移相器，其中，所述第L3传输线长度小于或者等于从所述射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
1、能够将MEMS接触式开关与MEMS电容式开关混合应用到移相器中，把0°/45°/90°/135°移相集成为一位。相比传统的四位开关线型移相器减少了T型结的使用，可以有效减小插损。
2、能够满足四位移相器混合使用两种移相方式，将两种移相方式的优点相结合，减少开关个数，结构设计更为灵活，性能具有竞争力。
3、整体布局简单，易于实际实施。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是应用本实用新型原理的四位移相器的结构示意图。
图2是并联开关线型180°移相单元的结构示意图。
图3是0°/45°/90°/135°混合移相单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
如图1的一种移相器，其与众不同之处在于：采用180°移相单元、混合移相单元和22.5°移相单元构成。混合移相单元，包括射频输入传输线(180°移相单元的输出传输线)、射频输出传输线，以及分别位于射频输入传输线和射频输出传输线之间且并联的第21支路和第22支路。具体来说，第21支路为0°/45°bit支路，包括MEMS接触式开关第211开关器件、MEMS接触式开关第212开关器件、至少一个MEMS电容式开关第213开关器件、至少一个MEMS电容式开关第214开关器件、至少两个第L21传输线和至少一个第L212传输线，所有结构串行连接。第22支路为90°/135°bit支路，包括MEMS接触式开关第221开关器件、MEMS接触式开关第222开关器件、至少一个MEMS电容式开关第223开关器件、至少一个MEMS电容式开关第224开关器件、至少两个第L22传输线和至少一个第L222传输线，所有结构串行连接，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第21支路或第22支路。在实际实施的时候，MEMS接触式开关导通时，信号通过，关断时，信号截止。MEMS电容式开关导通(ON状态)等效为并联对地大电容；MEMS电容式开关关断(OFF状态)等效为并联对地小电容。具体移相方式开关控制如附表1所示。由于可以存在多种不同的移相状态，为此，混合移相单元中的45°和90°移相包含但不限于上述移相方式，不再赘述。
结合本实用新型一较佳的实施方式来看，第21支路中第213开关器件、第214开关器件之间的第L212传输线与第22支路第223开关器件、第224开关器件之间的第L222传输线尺寸，均小于或等于从射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。同时，第213开关器件213、第214开关器件214、第223开关器件223、第224开关器件224同时导通或关断时，第22支路90°/135°bit支路的信号传输相位与第L21支路的信号传输相位差为90°。
进一步来看，本实用新型采用的180°移相单元包括射频输入传输线、射频输出传输线、分别位于射频输入传输线和射频输出传输线之间且并联的第11支路和第12支路。并且，不限于串联开关线型，可以为并联开关线型示例如图2，或其他移相方式。具体来说，第11支路包括MEMS接触式开关第111开关器件、第112开关器件和一个第L11传输线，第12支路包括MEMS接触式开关第121开关器件、第122开关器件和一个第L12传输线。同时，第12支路与第11支路的相位差为180°，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第11支路或第12支路。
再进一步来看，22.5°移相单元包括，电容式开关第31开关器件，第32开关器件，射频输入传输线(混合移相单元输出传输线)，射频输出传输线和两个开关器件(第31开关器件，第32开关器件)之间串接的第L3传输线。同时，由于存在多种实施方式，22.5°移相单元包含但不限于加载型移相方式。并且，第L3传输线长度小于或者等于从射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。
本实用新型的工作原理如下：
移相网络可以由传输线与开关器件组成，通过切换开关器件的状态，使移相网络内呈现不同的电抗值，从而改变等效电长度。可以理解为，当切换移相网络的不同状态时，切换了射频输入传输线上的射频信号的传输电长度，达到通过切换开关状态就可以实现不同移相的目的。下面以具体的结构对本申请提供的移相器进行具体说明，请参阅附图1，为本实用新型提供的四位移相器的一种实施例示意图。
进一步地，本实用新型提供的四位移相器具体可以包括第111开关器件111，第112开关器件112，第121开关器件121，第122开关器件122，第211开关器件211，第212开关器件212，第213开关器件213，第214开关器件214，第221开关器件221，第222开关器件222，第223开关器件223，第224开关器件224，第31开关器件31，第32开关器件32。同时，还包括有直角转角Z121，T型结T11(包含匹配需要的空气桥结构)，射频输入传输线Lin，第L11传输线L11，第L12传输线L12，第L21传输线L21a，L21b，第L22传输线L22a，L22b，第L212传输线L212，第L222传输线L222，射频输出传输线Lout，180°开关线型移相单元射频输出传输线(混合移相单元射频输入传输线)Lout1，混合移相单元射频输入传输线(22.5°移相单元射频输入传输线)Lout2，第L3传输线L3。
同时，本实用新型所提供的四位移相器由180°开关线型移相单元，混合移相单元和22.5°加载型移相单元组成。其中的开关器件111、开关器件112、开关器件121、开关器件122、开关器件211、开关器件212、开关器件221、开关器件222为MEMS接触式开关。开关器件213、开关器件214、开关器件223、开关器件224、开关器件31、开关器件32为MEMS电容式开关。并且，每个单元里面由T型结匹配连接两个支路，其中包含有匹配作用的空气桥，分支线等。每个支路中的器件和传输线串行连接时可以通过将传输线折叠减小移相器尺寸，示例的如直角转角。示例的射频输入传输线、输出传输线为共面波导，当然也可以为微带线等其它射频传输线。
再进一步来看，移相器混合移相单元包括：射频输入传输线Lout1、射频输出传输线Lout2、并联于射频输入传输线和射频输出传输线之间的第21支路和第22支路。具体来说，第21支路为0°/45°bit支路，包括第211开关器件、第212开关器件、至少一个第213开关器件、至少一个第214开关器件、至少两个第21传输线L21a、L21b和至少一个第212传输线l212。第211开关器件、第212开关器件与第21传输线串行连接，所述第213开关器件、第214开关器件与第212传输线串行连接。第22支路为90°/135°bit支路，与第21支路有相同特征，包括第221开关器件、第222开关器件、至少一个第223开关器件、至少一个第224开关器件、至少两个第22传输线L22a，L22b和至少一个第222传输线L212。
同时，所有结构串行连接。第21支路中第211开关器件、第212开关器件之间的第L21a、L21b传输线与第22支路第221开关器件、第222开关器件之间的第L22a、L22b传输线尺寸均小于或等于从射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。第22支路90°/135°bit的所有第L22a、L22b传输线长度和与第21支路0°/45°bit所有第L21a、L21b传输线长度之和的差要小于或等于从射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。
结合实际实施来看，若第21支路第211开关器件、第212开关器件同时导通，第22支路第221开关器件、第222开关器件同时关断，射频信号选通第21支路。由于第213开关器件，第214开关器件关断时，等效为射频信号传输线路并联到地一个较小电容。
第213开关器件、第214开关器件下拉导通时，等效为射频信号传输线路并联到地一个较大电容，两种状态下射频输出信号相位差为45°。
若第21支路第211开关器件、第212开关器件同时关断，第22支路第221开关器件、第222开关器件同时导通，射频信号选通第22支路。第22支路的第223开关器件、第224开关器件与0°移相状态保持一致，由于延迟线即射频传输线的时延特性，此时射频输出信号相位与参考状态(即0°移相状态)相比滞后90°。混合移相单元可以实现45°，90°，135°移相。每个移相状态对应的开关状态如附表1所示。
表1
并且，本实用新型中180°开关线型移相单元包括射频输入传输线Lin、射频输出传输线Lout1、分别位于射频输入传输线和射频输出传输线之间且并联的第11支路和第12支路。开关线型移相器通过改变开关状态选择不同长度传输通路，实现射频信号的移相。具体来说，第11支路包括第111开关器件、第112开关器件和一个第L11传输线L11，第12支路包括第121开关器件、第122开关器件和一个第L12传输线L12。
在实际实施的时候，若第11支路的第111开关，第112开关导通同时关断第12支路的第121开关、第122开关，输入传输线射频信号经过第11支路第L11传输线输出。若第11支路的第111开关、第112开关关断同时导通第12支路的第121开关、第122开关，则输入传输线射频信号经过第12支路第L12传输线输出。此时，180°移相单元得输出射频信号的相位差为第L11传输线与第L12传输线两段传输线的电长度差180°。
同时，本实用新型中所采用的22.5°加载型移相单元包括第31开关器件，第32开关器件，射频输入传输线Lout2，射频输出传输线Lout和两个开关器件之间串接的第L3传输线。具体来说，第L3传输线长度小于或者等于从射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。结合实际实施来看，若第31开关器件、第32开关器件导通，则加载开关改变第L3传输线等效电长度，可假设为e1。若第31开关器件、第32开关器件关断，则加载开关后得到不同的第L3传输线等效电长度e2。并且，本实用新型在具体实施的时候，还可以通过对第31开关器件、第32开关器件进行设计，得到e2与e1电长度之差为22.5°。比如，加载MEMS电容式开关，或在电容式开关的基础上并联负载电容增加电容式开关电容比保证可靠性。由此，能够实现四位移相器的三个移项单元串行连接，可以实现0-337.5°的移相范围，22.5°的步进。由三个移相单元实现四位移相器可以实现小型化；且在ka波段可以实现较小的插入损耗。
通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本实用新型后，拥有如下优点：
1、能够将MEMS接触式开关与MEMS电容式开关混合应用到移相器中，把0°/45°/90°/135°移相集成为一位。相比传统的四位开关线型移相器减少了T型结的使用，可以有效减小插损。
2、能够满足四位移相器混合使用两种移相方式，将两种移相方式的优点相结合，减少开关个数，结构设计更为灵活，性能具有竞争力。
3、整体布局简单，易于实际实施。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种移相器，其特征在于：采用180°移相单元、混合移相单元和22.5°移相单元构成，
所述混合移相单元，包括射频输入传输线、射频输出传输线，以及分别位于所述射频输入传输线和所述射频输出传输线之间且并联的第21支路和第22支路；
所述第21支路为0°/45°bit支路，包括MEMS接触式开关第211开关器件、MEMS接触式开关第212开关器件、至少一个MEMS电容式开关第213开关器件、至少一个MEMS电容式开关第214开关器件、至少两个第L21传输线和至少一个第L212传输线，所有结构串行连接；
所述第22支路为90°/135°bit支路，包括MEMS接触式开关第221开关器件、MEMS接触式开关第222开关器件、至少一个MEMS电容式开关第223开关器件、至少一个MEMS电容式开关第224开关器件、至少两个第L22传输线和至少一个第L222传输线，所述所有结构串行连接，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第21支路或第22支路。
2.根据权利要求1所述的一种移相器，其特征在于：所述第21支路中第213开关器件、第214开关器件之间的第L212传输线与第22支路第223开关器件、第224开关器件之间的第L222传输线尺寸，均小于或等于从所述射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。
3.根据权利要求1所述的一种移相器，其特征在于：所述第213开关器件213、第214开关器件214、第223开关器件223、第224开关器件224同时导通或关断时，第22支路90°/135°bit支路的信号传输相位与第L21支路的信号传输相位差为90°。
4.根据权利要求1所述的一种移相器，其特征在于：所述180°移相单元包括射频输入传输线、射频输出传输线、分别位于所述射频输入传输线和所述射频输出传输线之间且并联的第11支路和第12支路。
5.根据权利要求4所述的一种移相器，其特征在于：所述第11支路包括MEMS接触式开关第111开关器件、第112开关器件和一个第L11传输线，所述第12支路包括MEMS接触式开关第121开关器件、第122开关器件和一个第L12传输线，所述第12支路与第11支路的相位差为180°，通过MEMS接触式开关导通或关断选择信号经过第11支路或第12支路。
6.根据权利要求1所述的一种移相器，其特征在于：所述22.5°移相单元包括，电容式开关第31开关器件，第32开关器件，射频输入传输线，射频输出传输线和两个开关器件之间串接的第L3传输线。
7.根据权利要求6所述的一种移相器，其特征在于：所述第L3传输线长度小于或者等于从所述射频输入传输线输入的射频信号的1/4波长。
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| CN201920904244.0U CN209691908U (zh) | 2019-06-17 | 2019-06-17 | 一种移相器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110112515A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-09 | 苏州希美微纳系统有限公司 | 一种基于mems开关的混合移相器 |
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2019
- 2019-06-17 CN CN201920904244.0U patent/CN209691908U/zh active Active
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| CN110112515A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-08-09 | 苏州希美微纳系统有限公司 | 一种基于mems开关的混合移相器 |
| CN110112515B (zh) * | 2019-06-17 | 2024-05-14 | 苏州希美微纳系统有限公司 | 一种基于mems开关的混合移相器 |
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