CN2417635Y

CN2417635Y - 多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器

Info

Publication number: CN2417635Y
Application number: CN 00220019
Authority: CN
Inventors: 戴永胜; 陈堂胜
Original assignee: No55 Electronic Inst Ministry Of Information Industry
Current assignee: No55 Electronic Inst Ministry Of Information Industry
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2010-04-19

Abstract

多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器是一种用于通讯等领域的电子部件,180度位移相电路输出端接90度位移相电路移相电路输入端,90度位移相电路输出端接45度位移相的输入端,45度位移相电路输出端接22.5度位移相电路的输入端,22.5度位移相电路输出端接11.25度位移相电路的输入端,11.25度位移相电路的输出端为信号输出端,每位移相电路均连接同一参考电压V_R,相应控制端为K₁—K₅。

Description

多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器

本实用新型是一种主要用于移动通信、雷达、电子对抗、制导和仪器等电子系统和设备中的部件，属于砷化镓微波单片集成控制电路的

技术领域。

在多倍频程砷化镓微波单片集成控制电路技术领域内。由于兼容多种极性控制信号的多倍频程砷化镓微波单片集成电路的数字、模拟移相器具有工作频率范围宽、体积小、重量轻、开关速度快、无功耗、可靠性高和系统使用时不需要控制信号极性转换驱动电路可减小系统复杂性等显著优点，在许多现代最先进的电子系统和设备中倍受欢迎。描述这种产品性能的参数和主要技术指标有：1)工作频率带宽；2)相移位数；3)相移精度(或线性度，模拟移相状态)；4)插入损耗；5)各态插入损耗差；6)输入和输出端电压驻波比；7)开关速度；8)芯片尺寸；9)输出功率1分贝压缩；10)芯片间电性能一致性；11)控制端的数目；12)能否兼容多种极性控制信号。

同类产品由于设计采用的电路拓扑和工艺实现途径的缺陷，存在下列缺点：1)相移精度低；2)输出和输出端电压驻波比差；3)受工艺控制参数影响芯片间电性能一致性差；4)芯片间电性能一致性受工艺控制参数影响小的方案，其插入损耗和各态插入损耗差指标差；5)芯片尺寸较大；6)工作频率带宽较窄；7)成品率较低；8)控制端较多；9)不可兼容多种极性控制信号及使用不便。

本实用新型的发明目的就是提供一种能提高相移精度，改善输入和输出端电压驻波比，使芯片间电性能一致性受工艺控制参数影响最小，减小插入损耗和各态插入损耗差，减小芯片尺寸，展宽工作频率带宽，提高成品率，使控制端口最少，并可兼容各种极性控制信号，减小系统复杂性的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器。

本实用新型由一个180度位移相电路、一个90度位移相电路、一个45度位移相电路、一个22．5度位移相电路、一个11．25度位移相电路相串联所组成，180度位移相电路的输入端为信号输入端，180度位移相电路输出端接90度位移相电路输入端，90度位移相电路输出端接45度位移相的输入端，45度位移相电路输出端接22．5度位移相电路的输入端，22．5度位移相电路输出端接11．25度位移相电路的输出端，11．25度位移相电路的输出端为信号输出端，每位移相电路均连接同一参考电压V_R，相应控制端为K₁-K₅。180度位移相电路和90度位移相电路为反射型数字、模拟兼容移相电路，45度位移相电路、22．5度位移相电路、11．25度位移相电路均为高低通传输型数字模拟兼容移相电路。构成180度位移相电路和90度位移相电路的反射型数字模拟兼容移相电路分别由对称于微带多指型耦合器L₁或L₂的上下两部分兼容多极性电平单元电路构成，其中在微带多指型耦合器L₁上部的兼容多极性电平单元电路中，场效应晶体管T₁的源极接电容器C₃，电容器C₃的另一端接微带线X₃，微带线X₃的另一端接微带多指型耦合器L₁，晶体管T₁的漏极接一个电容器C₂和一个电阻R₁₇，电容器C₂的另一端接地，电阻R₁₇的另一端接参考电压V_R，晶体管T₁的栅极通过电阻R₁与控制端K₁相接。22．5度位移相电路、11．25度位移相电路由单个的串接兼容多极性电平单元电路构成，45度位移相电路由两个单个串接兼容多极性电平单元电路串联构成，其中组成11．25度位移相电路的单个串接兼容多极性电平单元电路以三个相串联的晶体管T₁₄、T₁₅、T₁₆组成，该三个晶体管的栅极分别通过电阻R₁₄、R₁₅、R₁₆与控制端K₅相接，在晶体管T₁₄的源极与漏极之间并联有电阻R₃₅，在晶体管T₁₅的源极与漏极并联电阻R₃₄和电容C₁₆，在晶体管T₁₆的源极与漏极之间并联有电阻R₃₃，微带线X₂₂接在晶体管T₁₄的漏极，微带线X₂₃接在晶体管T₁₆的漏极，微带线X₂₁的一端接电阻R₃₄，另一端为信号输出端，微带线X₂₀的一端接电阻R₃₄，另一端为信号输入端。

本实用新型优点在于：

1)180度和90度位：改善了相移精度；输入和输出驻波、插入损耗和各态插入损耗差、芯片间电性能受工艺控制参数影响的离散性；展宽了工作频率带宽；减化了电路结构和工艺流程；提高了成品率；减少了控制端并可以兼容多种极性控制信号；同时具备数字和模拟移相功能(当控制信号电平为V_R时导通，当控制信号为V_R-|V_P|时关断，V_P为场效应晶体管夹断电压。T₁和T₂或T₃和T₄只有导通和关断两种状态时，为数字移相状态。当T₁和T₂或T₃和T₄的控制电平从V_R-|V_P|到V_R之间均匀变化时其插入相移也均匀变化，为模拟移相状态)。

2)45度、22．5度、11．25度位：改善了相移精度；大大减小了芯片尺寸、改善了输入和输出驻波、插入损耗和各态插入损耗差、芯片间电性能受工艺控制参数影响的离散性；展宽了工作频率带宽；提高了成品率；减少了控制端并可以兼容多种极性控制信号；同时具备数字和模拟移相功能(当T₅、T₆、T₇、T₈、T₉和T₁₀或T₁₁、T₁₂和T₁₃或T₁₄、T₁₅和T₁₆只有导通和关断两种状态时，为数字移相状态。当T₅、T₆、T₇、T₈、T₉和T₁₀或T₁₁、T₁₂和T₁₃或T₁₄、T₁₅和T₁₆的控制电平从V_R-|V_P|到V_R之间均匀变化时其插入相移也均匀变化，为模拟移相状态)。

图1是本实用新型的电路结构框图。其中包括180度位移相电路(A)、90度位移相电路(B)、45度位移相电路(C)、22．5度位移相电路(D)和11．25度移相电路(E)、参考电压端V_R以及控制端K₁、K₂、K₃、K₄、K₅，信号输入端P₁，信号输出端P₂。

图2是本实用新型的电原理图。

本实用新型的实施方案如下：

本实用新型的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器主要由一个180度位移相电路(A)、一个90度位移相电路(B)、一个45度位移相电路(C)、一个22．5度位移相电路(D)、一个11．25度位移相电路(E)五部分串联而成，以下对该五部分的实施方案和工作原理分别进行描述。

1)180度位移相电路(A)：它由两只砷化镓开关场效应晶体管(T₁、T₂)、微带线X1-X4、微带交指结构耦合器L₁、电阻(R₁、R₂、R₁₇、R₁₈、R₃₆、R₃₇)、电容C₁-C₆、通孔接地端、控制端K₁和参考电压端V_R组成。微带线X₃一端接微带交指型耦合型L₁，另一端接C₃和R₃₆，R₃₆另一端接C₁一端，C₁另一端接地，C₃另一端接场效应管T₁，T₁另一端接C₂和R₁₇，C₂另一端接地，R₁₇另一端接V_R。X₄一端接微带交指型耦合型L₁，另一端接C₄和R₃₇，R₃₇另一端接C₅一端，C₅另一端接地，C₄另一端接场效应管T₂，T₂另一端接C₆和R₁₈，C₆另一端接地，R₁₈另一端接参考电压端V_R。控制端K₁通过电阻R₁与场效应管T₁栅极相接，通过电阻R₂与场效应管T₂栅极相接。工作时，参考电压端电平为V_R，控制端K₁电平为V_R时，T₁、T₂为导通态，控制端K₁电平为V_R-|V_P|时，T₁、T₂为关断态，两种状态下多倍频程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。

2)90度位移相电路(B)：它由两只砷化镓开关场效应晶体管(T₃、T₄)、微带线X5-X8、微带交指结构耦合器L₂、电阻(R₃、R₄、R₁₉、R₂₀、R₃₈、R₃₉)、电容C₇-C₁₂、通孔接地端、控制端K₂和参考电压端V_R组成。微带线X₇一端接微带交指型耦合型L₂，另一端接C₉和R₃₈，R₃₈另一端接C₇一端，C₇另一端接地，C₉另一端接场效应管T₃，T₃另一端接C₈和R₁₉，C₈另一端接地，R₁₉另一端接V_R。X8一端接微带交指型耦合型L₂，另一端接C₁₀和R₃₉，R₃₉另一端接C₁₁一端，C₁₁另一端接地，C₁₀另一端接场效应管T₄，T₄另一端接C₁₂和R₂₀，C₁₂另一端接地，R₂₀另一端接参考电压端V_R。控制端K₂通过电阻R₃与场效应管T₃栅极相接，通过电阻R₄与场效应管T₄栅极相接。工作时，参考电压端电平为V_R，控制端K₂电平为V_R时，T₃、T₄为导通态，控制端K₂电平为V_R-|V_P|时，T₃、T₄为关断态，两种状态下多倍频程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。

3)45度位移相电路(C)：它由六只砷化镓开关场效应晶体管(T₅-T₁₀)、微带线X9-X15、电阻(R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₂₁、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈、R₂₉)、电容C13和C14、控制端K₃和参考电压端V_R组成。微带线X₉一端接90度位输出端，另一端接R₂₁、R₂₄、R₂₅、C₁₃、场效应管T₉和T₁₀的源极，R₂₁另一端接参考电压端接V_R，R₂₄另一端和T₁₀漏极与微带型开路线X₁₅相连，R₂₅和C₁₃另一端与T₉的漏极、X₁₀、R₂₆和T₈源极连接，R₂₆另一端和场效应管T₈的漏极与微带型开路线X₁₄相连，微带线X₁₀另一端接R₂₇、R₂₈、C₁₄、场效应管T₆和T₇的源极，R₂₇另一端和T₇漏极及微带型开路线X₁₃相连，R₂₈和C₁₄另一端与T₇的漏极、X₁₁、R₂₉和T₅源极连接，R₂₉另一端和场效应管T₅的漏极与微带型开路线X₁₂相连，微带线X₁₁另一端接22．5度位输入端。T₅的栅极通过电阻R₅，T₆的栅极通过电阻R₆，T₇的栅极通过电阻R₇，T₈的栅极通过电阻R₈，T₉的栅极通过电阻R₉，T₁₀的栅极通过电阻R₁₀与控制端K₃相连。工作时，参考电压端电平为V_R，控制端K₃电平为V_R时，T₅-T₁₀为导通态，控制端K₃电平为V_R-|V_P|时，T₅-T₁₀为关断态，两种状态下多倍程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。

4)22．5度位移相电路(D)：它由三只砷化镓开关场效应晶体管(T₁₁-T₁₃)、微带线X16-X19、电阻(R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₂₂、R₃₀、R₃₁、R₃₂)、电容C15、控制端K₄和参考电压端V_R组成。微带线X₁₇一端接45度位输出端，另一端接R₃₁、R₃₂、C₁₅、场效应管T₁₁和T₁₂的源极，R₃₂另一端和T₁₁漏极与微带型开路线X₁₈相连，R₃₁和C₁₅另一端与T₁₂的漏极、X₁₆、R₂₂、R₃₀和T₁₃源极连接，R₂₆另一端和场效应管T₁₃的漏极与微带型开路线X₁₉相连，R₂₂另一端接参考电压端V_R，微带线X₁₆另一端接11．25度位输入端。T₁₁的栅极通过电阻R₁₁，T₁₂的栅极通过电阻R₁₂，T₁₃的栅极通过电阻R₁₃与控制端K₃相连。工作时，参考电压端电平为V_R，控制端K₄电平为V_R时，T₁₁-T₁₃为导通态，控制端K₄电平为V_R-|V_P|时，T₁1-T₁₃为关断态，两种状态下多倍频程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。

5)11．25度位移相电路(E)：它由三只砷化镓开关场效应晶体管(T₁₄-T₁₆)、微带线X20-X23、电阻(R₁₄、R₁₅、R₁₆、R₂₃、R₃₃、R₃₄、R₃₅)、电容C16、控制端K₅和参考电压端V_R组成。微带线X₂₀一端接22．5度位输出端，另一端接R₂₃、R₃₃、C₃₄、C₁₆、场效应管T₁₅和T₁₆的源极，R₂₃另一端接参考电压端V_R，R₃₃另一端和T₁₆漏极与微带型开路线X₂₃相连，R₃₄和C₁₆另一端与T₁₅的漏极、X₂₁、R₃₅和T₁₄源极连接，R₃₅另一端和场效应管T₁₄的漏极与微带型开路线X₂₂相连，微带线X₂₁另一端接信号输入端P₂。T₁₄的栅极通过电阻R₁₄，T₁₅的栅极通过电阻R₁₅，T₁₆的栅极通过电阻R₁₆与控制端K₅相连。工作时，参考电压端电平为V_R，控制端K₅电平为V_R时，T₁₄-T₁₆为导通态，控制端K₄电平为V_R-|V_P|时，T₁₄-T₁₆为关断态，两种状态下多倍频程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。

根据以上所述，按照图二的电路图，采用砷化镓单片电路制造工艺，便可实现本实用新型。

Claims

1．一种多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，由砷化镓场效应晶体管、微带线及微带交指型耦合器及电阻、电容组成的移相器所组成，其特征在于该多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器由一个180度位移相电路(A)、一个90度位移相电路(B)、一个45度位移相电路(C)、一个22．5度位移相电路(D)、一个11．25度位移相电路(E)相串联所组成，180度位移相电路(A)的输入端为信号输入端，180度位移相电路(A)输出端接90度位移相电路(B)输入端，90度位移相电路(B)输出端接45度位移相(C)的输入端，45度位移相电路(C)输出端接22．5度位移相电路(D)的输入端，22．5度位移相电路(D)输出端接11．25度位移相电路(E)的输出端，11．25度位移相电路(E)的输出端为信号输出端，每位移相电路均连接同一参考电压V_R，相应控制端为K₁-K₅。

2．根据权利要求1所述的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，其特征在于180度位移相电路(A)和90度位移相电路(B)为反射型数字、模拟兼容移相电路，45度位移相电路(C)、22．5度位移相电路(D)、11．25度位移相电路(E)均为高低通传输型数字模拟兼容移相电路。

3．根据权利要求1或2所述的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，其特征在于构成180度位移相电路(A)和90度位移相电路(B)的反射型数字模拟兼容移相电路分别由对称于微带多指型耦合器L₁或L₂的上下两部分兼容多极性电平单元电路构成，其中在微带多指型耦合器L₁上部的兼容多极性电平单元电路中，场效应晶体管T₁的源极接电容器C₃，电容器C₃的另一端接微带线X₃，微带线X₃的另一端接微带多指型耦合器L₁，晶体管T₁的漏极接一个电容器C₂和一个电阻R₁₇，电容器C₂的另一端接地，电阻R₁₇的另一端接参考电压V_R，晶体管T₁的栅极通过电阻R₁与控制端K₁相接。

4．根据权利要求1或2所述的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，其特征在于22．5度位移相电路(D)、11．25度位移相电路(E)由单个的串接兼容多极性电平单元电路构成，45度位移相电路(C)由两个单个串接兼容多极性电平单元电路串联构成，其中组成11．25度位移相电路的单个串接兼容多极性电平单元电路以三个相串联的晶体管T₁₄、T₁₅、T₁₆组成，该三个晶体管的栅极分别通过电阻R₁₄、R₁₅、R₁₆与控制端K₅相接，在晶体管T₁₄的源极与漏极之间并联有电阻R₃₅，在晶体管T₁₅的源极与漏极并联电阻R₃₄和电容C₁₆，在晶体管T₁₆的源极与漏极之间并联有电阻R₃₃，微带线X₂₂接在晶体管T₁₄的漏极，微带线X₂₃接在晶体管T₁₆的漏极，微带线X₂₁的一端接电阻R₃₄，另一端为信号输出端，微带线X₂₀的一端接电阻R₃₄，另一端为信号输入端。