CN220629316U

CN220629316U - 一种低寄生调幅差分桥t型移相器

Info

Publication number: CN220629316U
Application number: CN202322282971.7U
Authority: CN
Inventors: 王绍权; 赵瑞华; 王鑫; 徐永祥; 孟少伟; 汤晓东; 周子棋; 王月阳
Original assignee: San Microelectronics Technology Suzhou Co ltd
Current assignee: San Microelectronics Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2023-08-24
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2033-08-24

Abstract

本实用新型属于微波通信领域，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。本实用新型降低了桥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。本实用新型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

本实用新型属于微波通信领域，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。

实用新型内容

本实用新型的目的，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。

本实用新型为实现上述目的，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NM_P1、MOS管NM_P2、微带线ML_P1、微带线ML_P2、电容C_P1和电感L_P1；差分负支路移相电路包括MOS管NM_N1、MOS管NM_N2、微带线ML_N1、微带线ML_N2、电容C_N1和电感L_N1；差分正支路移相电路和差分负支路移相电路共用MOS管NM_T；MOS管NM_P1的栅极作为第三控制端，MOS管NM_P1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ML_P1的一端连接，MOS管NM_P1的漏极分别与第二插入损耗调整电路的输入端、微带线ML_P2的一端和第一输出端口连接；MOS管NM_P2的栅极作为第四控制端，MOS管NM_P2的漏极分别与微带线ML_P1的另一端、微带线ML_P2的另一端和电容C_P1的一端连接，MOS管NM_P2的源极分别与MOS管NM_T的漏极和电感L_P1的一端连接，电感L_P1的另一端与电感L_N1的一端连接，电感L_N1的另一端分别与MOS管NM_T的源极和MOS管NM_N2的源极连接，MOS管NM_T的栅极作为第五控制端，MOS管NM_N2的栅极作为第六控制端；MOS管NM_N1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ML_N1的一端连接，MOS管NM_N1的栅极作为第七控制端；微带线ML_N1的另一端分别与电容C_N1的一端、微带线ML_N2的一端和MOS管NM_N2的漏极连接，电容C_N1的另一端与电容C_P1的另一端连接，微带线ML_N2的另一端分别与MOS管NM_N1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C_N1和电容C_P1的公共端通过电阻R_ref接地，电感L_P1和电感L_N1的公共端通过电阻R_ref接地。

作为限定：第一插入损耗调整电路包括MOS管NM_C1、调整电阻R_P1和调整电阻R_N1，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R_P1的一端连接，调整电阻R_P1的另一端与MOS管NM_C1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R_N1的一端连接，调整电阻R_N1的另一端与MOS管NM_C1的源极连接，MOS管NM_C1的栅极作为第一控制端；第二插入损耗调整电路包括MOS管NM_C2、调整电阻R_P2和调整电阻R_N2，差分正支路移相电路的输出端和调整电阻R_P2的一端均通过电容C_P3与第一输出端口连接，调整电阻R_P2的另一端与MOS管NM_C2的漏极连接，差分负支路移相电路的输出端和调整电阻R_N2的一端均通过电容C_N3与第二输出端口连接，调整电阻R_N2的另一端与MOS管NM_C2的源极连接，MOS管NM_C2的栅极作为第二控制端；调整电阻R_N1、匹配电路和差分负支路移相电路的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_P1、匹配电路和差分正支路移相电路的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_N2、差分负支路移相电路和电容C_N3的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_P2、差分正支路移相电路和电容C_P3的公共端通过电阻R_ref接地。

作为限定：匹配电路包括微带线ML_P3、微带线ML_N3、电容C_P2和电容C_N2，第一输入端口与微带线ML_P3的一端连接，微带线ML_P3的另一端分别与电容C_P2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C_P2的另一端与电容C_N2的一端连接，电容C_N2的另一端分别与微带线ML_N3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ML_N3的另一端与第二输入端口连接。

本实用新型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：

本实用新型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。

本实用新型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实用新型作更进一步详细说明。

图1为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型实施例的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实用新型作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本实用新型并不限于以下实施例，任何在本实用新型具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本实用新型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，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ML_P3、微带线ML_N3、电容C_P2和电容C_N2，第一插入损耗调整电路4包括MOS管NM_C1、调整电阻R_P1和调整电阻R_N1，差分正支路移相电路5包括MOS管NM_P1、MOS管NM_P2、微带线ML_P1、微带线ML_P2、电容C_P1和电感L_P1；差分负支路移相电路6包括MOS管NM_N1、MOS管NM_N2、微带线ML_N1、微带线ML_N2、电容C_N1和电感L_N1；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NM_T，第二插入损耗调整电路7包括MOS管NM_C2、调整电阻R_P2和调整电阻R_N2；第一输入端口1与微带线ML_P3的一端连接，微带线ML_P3的另一端分别与电容C_P2的一端、调整电阻R_P1的一端、微带线ML_P1的一端和MOS管NM_P1的源极连接，电容C_P2的另一端与电容C_N2的一端连接，电容C_N2的另一端分别与微带线ML_N3的一端、调整电阻R_N1的一端、微带线ML_N1的一端和MOS管NM_N1的源极连接,微带线ML_N3的另一端与第二输入端口2连接，调整电阻R_P1的另一端与MOS管NM_C1的漏极连接，调整电阻R_N1的另一端与MOS管NM_C1的源极连接，MOS管NM_C1的栅极作为第一控制端；MOS管NM_P1的栅极作为第三控制端，MOS管NM_P1的漏极分别与微带线ML_P2的一端、调整电阻R_P2的一端和电容C_P3的一端连接，微带线ML_P1的另一端分别与微带线ML_P2的另一端、MOS管NM_P2的漏极和电容C_P1的一端连接，MOS管NM_P2的栅极作为第四控制端，MOS管NM_P2的源极分别与MOS管NM_T的漏极和电感L_P1的一端连接，电感L_P1的另一端与电感L_N1的一端连接，电感L_N1的另一端分别与MOS管NM_T的源极和MOS管NM_N2的源极连接，MOS管NM_T的栅极作为第五控制端，MOS管NM_N2的栅极作为第六控制端，MOS管NM_N2的漏极分别与微带线ML_N1的另一端、微带线ML_N2的一端和电容C_N1的一端连接，电容C_N1的另一端与电容C_P1的另一端连接，微带线ML_N2的另一端分别与MOS管NM_N1的漏极、调整电阻R_N2的一端和电容C_N3的一端连接，MOS管NM_N1的栅极作为第七控制端；调整电阻R_P2的另一端与MOS管NM_C2的漏极连接，调整电阻R_N2的另一端与MOS管NM_C2的源极连接，MOS管NM_C2的栅极作为第二控制端，电容C_P3的另一端与第一输出端口8连接，电容C_N3的另一端与第二输出端口9连接。调整电阻R_P1、微带线ML_P3、电容C_P2、微带线ML_P1和MOS管NM_P1源极的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_N1、微带线ML_N3、电容C_N2、微带线ML_N1和MOS管NM_N1源极的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_P2、微带线ML_P2、电容C_P3和MOS管NM_P1漏极的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_N2、微带线ML_N2、电容C_N3和MOS管NM_N1漏极的公共端通过电阻R_ref接地，电容C_N1和电容C_P1的公共端通过电阻R_ref接地，电感L_P1和电感L_N1的公共端通过电阻R_ref接地。

MOS管NM_C1的栅极、MOS管NM_C2的栅极和MOS管NM_T的栅极接收控制信号vc，MOS管NM_P1的栅极、MOS管NM_P2的栅极、MOS管NM_N2的栅极和MOS管NM_N1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NM_P1、MOS管NM_P2、MOS管NM_N1、MOS管NM_N2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NM_T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NM_C1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R_P1、调整电阻R_N1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R_P1与关断电容Coff₂的串联阻抗为s表示频率，调整电阻R_N1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NM_P1、MOS管NM_P2、MOS管NM_N1、MOS管NM_N2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NM_T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NM_C1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R_P1、调整电阻R_N1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R_P1与导通阻抗Ron₆的串联阻抗为R_P1+0.5Ron₆，由于导通阻抗Ron₆阻值很小，所以串联阻抗约为R_P1，调整电阻R_N1与导通阻抗Ron₆的串联阻抗为R_N1+0.5Ron₆，由于导通阻抗Ron₆阻值很小，所以串联阻抗约为R_N1。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R_P1和调整电阻R_N1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R_P1和调整电阻R_N1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

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NM_P1、MOS管NM_P2、微带线ML_P1、微带线ML_P2、电容C_P1和电感L_P1；差分负支路移相电路包括MOS管NM_N1、MOS管NM_N2、微带线ML_N1、微带线ML_N2、电容C_N1和电感L_N1；差分正支路移相电路和差分负支路移相电路共用MOS管NM_T；MOS管NM_P1的栅极作为第三控制端，MOS管NM_P1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ML_P1的一端连接，MOS管NM_P1的漏极分别与第二插入损耗调整电路的输入端、微带线ML_P2的一端和第一输出端口连接；MOS管NM_P2的栅极作为第四控制端，MOS管NM_P2的漏极分别与微带线ML_P1的另一端、微带线ML_P2的另一端和电容C_P1的一端连接，MOS管NM_P2的源极分别与MOS管NM_T的漏极和电感L_P1的一端连接，电感L_P1的另一端与电感L_N1的一端连接，电感L_N1的另一端分别与MOS管NM_T的源极和MOS管NM_N2的源极连接，MOS管NM_T的栅极作为第五控制端，MOS管NM_N2的栅极作为第六控制端；MOS管NM_N1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ML_N1的一端连接，MOS管NM_N1的栅极作为第七控制端；微带线ML_N1的另一端分别与电容C_N1的一端、微带线ML_N2的一端和MOS管NM_N2的漏极连接，电容C_N1的另一端与电容C_P1的另一端连接，微带线ML_N2的另一端分别与MOS管NM_N1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C_N1和电容C_P1的公共端通过电阻R_ref接地，电感L_P1和电感L_N1的公共端通过电阻R_ref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NM_C1、调整电阻R_P1和调整电阻R_N1，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R_P1的一端连接，调整电阻R_P1的另一端与MOS管NM_C1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R_N1的一端连接，调整电阻R_N1的另一端与MOS管NM_C1的源极连接，MOS管NM_C1的栅极作为第一控制端；第二插入损耗调整电路包括MOS管NM_C2、调整电阻R_P2和调整电阻R_N2，差分正支路移相电路的输出端和调整电阻R_P2的一端均通过电容C_P3与第一输出端口连接，调整电阻R_P2的另一端与MOS管NM_C2的漏极连接，差分负支路移相电路的输出端和调整电阻R_N2的一端均通过电容C_N3与第二输出端口连接，调整电阻R_N2的另一端与MOS管NM_C2的源极连接，MOS管NM_C2的栅极作为第二控制端；调整电阻R_N1、匹配电路和差分负支路移相电路的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_P1、匹配电路和差分正支路移相电路的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_N2、差分负支路移相电路和电容C_N3的公共端通过电阻R_ref接地，调整电阻R_P2、差分正支路移相电路和电容C_P3的公共端通过电阻R_ref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ML_P3、微带线ML_N3、电容C_P2和电容C_N2，第一输入端口与微带线ML_P3的一端连接，微带线ML_P3的另一端分别与电容C_P2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C_P2的另一端与电容C_N2的一端连接，电容C_N2的另一端分别与微带线ML_N3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ML_N3的另一端与第二输入端口连接。