RU2510980C1 - Active phase changer (versions) - Google Patents
Active phase changer (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510980C1 RU2510980C1 RU2012145425/08A RU2012145425A RU2510980C1 RU 2510980 C1 RU2510980 C1 RU 2510980C1 RU 2012145425/08 A RU2012145425/08 A RU 2012145425/08A RU 2012145425 A RU2012145425 A RU 2012145425A RU 2510980 C1 RU2510980 C1 RU 2510980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- adder
- differential
- quadrature
- polyphase filter
- hilbert
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Настоящие устройства могут быть широко применены в радиолокационных системах разных частотных диапазонов активных фазированных антенных решеток.The group of inventions relates to electronic equipment, namely to microwave phase shifters on semiconductor devices. The present devices can be widely used in radar systems of different frequency ranges of active phased antenna arrays.
Фазовращатели СВЧ, выполненные на основе полупроводниковых приборов, широко используются в технике СВЧ.Microwave phase shifters based on semiconductor devices are widely used in microwave technology.
Известен широкополосный фазовращатель с управляемым углом фазы, содержащий широкополосный разностный квадратурный фильтр, два пропорциональных звена с регулируемым коэффициентом передачи и сумматор. При этом один из выходов квадратурного фильтра подключен к входу первого, а другой - к входу второго, обеспечивающих соответствующее изменение амплитуды квадратурных составляющих сигнала, пропорциональных звеньев, выходы которых соединены с входами сумматора (см. Патент РФ №2303326, опубл. 10.09.06).Known broadband phase shifter with a controlled phase angle, containing a broadband differential quadrature filter, two proportional links with an adjustable transmission coefficient and an adder. In this case, one of the outputs of the quadrature filter is connected to the input of the first, and the other to the input of the second, providing a corresponding change in the amplitude of the quadrature components of the signal, proportional to the links whose outputs are connected to the inputs of the adder (see RF Patent No. 2303326, publ. 10.09.06) .
Недостатком известного устройства является низкая надежность устройства, обусловленная возможностью искажения выходного сигнала.A disadvantage of the known device is the low reliability of the device due to the possibility of distortion of the output signal.
Кроме того, из уровня техники известен фазовращатель СВЧ, который содержит две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями. Одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая - для выхода. Также он имеет два полевых транзистора с барьером Шотки, индуктивности одинаковой величины и емкости либо разной, либо одинаковой величины. Исток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе и с одним из концов первой индуктивности, а сток - через первую емкость соединен с линией передачи на выходе и с одним из концов второй индуктивности. Сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с другими концами обеих индуктивностей и с одним из концов второй емкости, а исток и другой конец второй емкости заземлены. Затворы полевых транзисторов с барьером Шотки соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения (см. Патент РФ №2321106, опубл. 27.03.2008).In addition, the prior art microwave phase shifter, which contains two transmission lines with the same wave impedances. One is for microwave input, the other is for output. It also has two field effect transistors with a Schottky barrier, the inductance of the same magnitude and capacitance of either different or the same magnitude. The source of the first field effect transistor with a Schottky barrier is connected to the transmission line at the input and to one of the ends of the first inductance, and the drain through the first capacitance is connected to the transmission line at the output and to one of the ends of the second inductance. The drain of the second field effect transistor with a Schottky barrier is connected to the other ends of both inductors and to one of the ends of the second capacitance, and the source and the other end of the second capacitance are grounded. The gates of field-effect transistors with a Schottky barrier are interconnected and connected to one source of constant control voltage (see RF Patent No. 23211106, publ. March 27, 2008).
Недостатками известного устройства является наличие температурных нестабильностей полупроводниковых элементов и высокий уровень фазового шума.The disadvantages of the known device is the presence of temperature instabilities of semiconductor elements and a high level of phase noise.
Также из уровня техники известен фазовращатель СВЧ на полупроводниковых приборах, содержащий две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ сигнала, другая - для выхода, полевой транзистор с барьером Шотки, два двухполюсных реактивных элемента либо разной, либо одинаковой величины. При этом сток полевого транзистора с барьером Шотки соединен с одним из концов одного из двухполюсных реактивных элементов, а другой его конец - с линией передачи на выходе, исток полевого транзистора с барьером Шотки заземлен, а на его затвор подают постоянное управляющее напряжение. В фазовращатель СВЧ дополнительно введены два отрезка линии передачи, первый длиной, равной половине длины волны и менее, а второй длиной, равной четверти длины волны, при этом указанная длина волны соответствует средней частоте рабочей полосы частот (см. Патент РФ №2367066, опубл. 10.09.2009).Also known from the prior art is a microwave phase shifter on semiconductor devices, containing two transmission lines with the same wave impedances, one for inputting a microwave signal, the other for output, a field effect transistor with a Schottky barrier, two bipolar reactive elements of either different or the same size. In this case, the drain of a field-effect transistor with a Schottky barrier is connected to one of the ends of one of the bipolar reactive elements, and its other end is connected to the output transmission line, the source of the field-effect transistor with a Schottky barrier is grounded, and a constant control voltage is applied to its gate. Two segments of the transmission line are additionally introduced into the microwave phase shifter, the first length equal to half the wavelength and less, and the second length equal to a quarter of the wavelength, while the indicated wavelength corresponds to the average frequency of the working frequency band (see RF Patent No. 2367066, publ. 09/10/2009).
Недостатками известного устройства также являются низкая надежность, наличие температурных нестабильностей полупроводниковых элементов и высокий уровень фазового шума.The disadvantages of the known device are also low reliability, the presence of temperature instabilities of semiconductor elements and a high level of phase noise.
Задачей настоящей группы изобретений является устранение вышеуказанных недостатков.The objective of this group of inventions is to eliminate the above disadvantages.
Технический результат заключается в повышении надежности устройства, обусловленном увеличением устойчивости контуров выходного сигнала, исключением наличия искажений, а также уменьшением влияния временных и температурных нестабильностей полупроводниковых элементов и управляющих сигналов на фазовые характеристики.The technical result consists in increasing the reliability of the device due to an increase in the stability of the output signal circuits, eliminating the presence of distortions, and also reducing the influence of time and temperature instabilities of semiconductor elements and control signals on the phase characteristics.
Технический результат обеспечивается тем, что активный фазовращатель по первому варианту, выполненный на полупроводниковых приборах на основе SiGe, включает широкополосный квадратурный полифазный фильтр, состоит из последовательно соединенных секций, построенных на RC пассивных цепях и обеспечивающий возможность формирования двух ортогонально сдвинутых по фазе квадратурных сигналов, аналоговый дифференциальный сумматор, содержащий ячейки Гильберта, усилитель и сумматор, блок цифрового сигнала, выполненный с возможностью управления каждой ячейкой Гильберта, согласующее звено и блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный. Кроме того, на выходе из квадратурного полифазного фильтра предусмотрены 4 эмиттерных повторителя, обеспечивающих согласование со схемой аналогового дифференциального сумматора.The technical result is ensured by the fact that the active phase shifter according to the first embodiment, made on SiGe-based semiconductor devices, includes a broadband quadrature polyphase filter, consists of series-connected sections built on RC passive circuits and allowing the formation of two quadrature signals orthogonally shifted in phase, analog a differential adder containing Hilbert cells, an amplifier and an adder, a digital signal unit configured to control azhdoy cell Hilbert block matching unit and the differential signal to unipolar converter. In addition, 4 emitter followers are provided at the output of the quadrature polyphase filter, ensuring coordination with the circuit of an analog differential adder.
Технический результат также обеспечивается тем, что активный фазовращатель по второму варианту, выполненный на полупроводниковых приборах на основе GaN, включает широкополосный квадратурный полифазный фильтр, состоит из последовательно соединенных секций, построенных на RC пассивных цепях, обеспечивающий возможность формирования двух ортогонально сдвинутых по фазе квадратурных сигналов, аналоговый дифференциальный сумматор, содержащий ячейки Гильберта, усилитель и сумматор, блок цифрового сигнала, выполненный с возможностью управления каждой ячейкой Гильберта, согласующее звено и блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный. Кроме того, на выходе из квадратурного полифазного фильтра предусмотрены 4 эмиттерных повторителя, обеспечивающих согласование со схемой сумматора.The technical result is also ensured by the fact that the active phase shifter according to the second embodiment, made on GaN-based semiconductor devices, includes a broadband quadrature polyphase filter, consists of series-connected sections built on RC passive circuits, which makes it possible to form two quadrature signals orthogonally shifted in phase, an analog differential adder containing Hilbert cells, an amplifier and an adder, a digital signal unit, configured to control each Hilbert cell, the matching link and the unit of the converter of the differential signal into unipolar. In addition, 4 emitter followers are provided at the output of the quadrature polyphase filter, ensuring coordination with the adder circuit.
Сущность настоящей группы изобретений поясняется следующими иллюстрациями:The essence of this group of inventions is illustrated by the following illustrations:
фиг.1 - отображает в схематическом виде настоящее устройство;figure 1 - schematically shows the present device;
фиг.2 - схема фазовращателя;figure 2 - diagram of the phase shifter;
фиг.3 - схема полифазного фильтра;figure 3 - diagram of a polyphase filter;
фиг.4 - схема смесителя сигналов;4 is a diagram of a signal mixer;
фиг.5 - схема выходного каскада фазовращателя.5 is a diagram of the output stage of the phase shifter.
Устройство включает следующие конструктивные элементы: широкополосный квадратурный полифазный фильтр 1; аналоговый дифференциальный сумматор 2; ячейки Гильберта 3; усилитель с регулируемым усилением 4; сумматор 5; блок цифрового сигнала для цифрового управления 6; согласующее звено 7; блок преобразователя дифференциального сигнала в однополярный.The device includes the following structural elements: broadband quadrature polyphase filter 1; analog
Настоящее устройство функционирует следующим образом.The present device operates as follows.
Дифференциальный входной сигнал расщепляется на I и Q квадратурные сигналы с помощью широкополосного квадратурного фильтра 1. Выполнение квадратурного фильтра 1 может быть основано на различных пассивных цепях: RC, RLC. В настоящем устройстве полифазный фильтр 1 выполнен с использование RC цепей (фиг.3). Использование нескольких последовательно соединенных RC секций расширяет полосу сигнала, в которой его фаза остается неизменной в каждом из 4-х 90° квадранте, формируемых фильтром 1. На выходе фильтра 1 предусмотрены 4 эмиттерных повторителя для согласования со схемой аналогового дифференциального сумматора 2. На выходах повторителей формируются сигналы ±1 и ±Q, сдвинутые на 90°.The differential input signal is split into I and Q quadrature signals using a broadband quadrature filter 1. The execution of the quadrature filter 1 can be based on various passive circuits: RC, RLC. In the present device, the polyphase filter 1 is made using RC circuits (Fig. 3). The use of several series-connected RC sections extends the signal band in which its phase remains unchanged in each of the 4 90 ° quadrants formed by filter 1. At the output of filter 1, 4 emitter repeaters are provided for matching with the circuit of an analog
Дифференциальные I и Q сигналы подаются на аналоговый дифференциальный сумматор 2, содержащий усилитель 4 с регулируемым усилением, ячейки Гильберта 3 и сумматор 5. Блок цифрового сигнала управляет усилением каждой ячейки Гильберта 3. На выходе суммируют преобразованные (с весом) I и Q сигналы (по амплитуде), образуя синтезируемую фазу и амплитуду сигнала. Различные веса по амплитуде формируют изменением усиления с использованием блока цифрового сигнала 6.Differential I and Q signals are fed to an analog
Фазовращатель работает по принципу сложения векторов тока, сдвинутых под 90 градусов. Регулирование сдвига фазы в одном квадранте осуществляется за счет изменения величины токов в каждом из ортогональных векторов. Чтобы выходная амплитуда была неизменна, складываются ток, изменяемый по закону синуса, и ток, изменяемый по закону косинуса. Квадранты переключаются за счет подключения соответствующих комбинаций сигнала с полифазного фильтра 1.The phase shifter operates on the principle of adding current vectors shifted by 90 degrees. The phase shift in one quadrant is controlled by changing the magnitude of the currents in each of the orthogonal vectors. In order for the output amplitude to be unchanged, the current is changed, which varies according to the law of sine, and the current, which is changed according to the law of cosine. The quadrants are switched by connecting the appropriate signal combinations from the polyphase filter 1.
Аналоговый дифференциальный сумматор 2 позволяет, выбирая направления векторов и амплитуду двух токовых сигналов, обеспечить получение результирующего вектора в нужном квадранте. Первые каскады, на которые поступают сигналы после полифазного фильтра 1, преобразуют напряжение в ток, позволяя «линеаризовать» входные сигналы и расширить таким образом динамический диапазон устройства. Эти каскады управляют двумя смесителями (схема смесителя на фиг.4), которые реализованы (как и весь сумматор 2) на биполярных транзисторах, изготовленных на основе GaN или SiGe. Изменяя с помощью блока цифрового сигнала 6 токи в 4-х дифференциальных парах транзисторов смесителей, создается сигнал с необходимой фазой результирующего вектора. С выхода смесителей сигнал подается на 3-каскадный дифференциальный усилитель, выполняющий функции аттенюатора, коэффициент передачи которого определяется токами смещения дифференциальных пар. Величины токов смещения задаются с помощью блока цифрового сигнала 6. Выходной дифференциальный сигнал аттенюатора формируется двумя эмиттерными повторителями.The analog
Выходной каскад фазовращателя преобразует дифференциальный сигнал в однополярный (фиг.5). Сигнал на выходе формируется в однополярный на резисторе под воздействием двух сигналов с эмиттера и коллектора выходных транзисторов. При этом подбором величины резистора в согласующем звене 7 осуществляется согласование с нагрузкой.The output stage of the phase shifter converts the differential signal into unipolar (figure 5). The output signal is formed into a unipolar one on the resistor under the influence of two signals from the emitter and collector of the output transistors. When this selection of the resistor in the matching link 7 is coordinated with the load.
Такой принцип выполнения фазовращателя приводит к минимизации спектральной плотности фазового шума (СПФШ) за счет понижения СПФШ структурных элементов, а также обеспечивает минимум нелинейных искажений выходного усилительного каскада.This principle of implementation of the phase shifter minimizes the spectral density of phase noise (SPF) by reducing the SPF of structural elements, and also provides a minimum of nonlinear distortion of the output amplifier stage.
Использование полупроводниковых материалов, таких как SiGe, GaN, позволяет решать комплекс задач по совершенствованию эксплуатационных характеристик СВЧ устройств: снижение фазового шума, расширение рабочего диапазона температур, увеличение допустимой СВЧ мощности, расширение частотного диапазона и т.п.The use of semiconductor materials, such as SiGe, GaN, allows us to solve a number of problems in improving the operational characteristics of microwave devices: reducing phase noise, expanding the operating temperature range, increasing the permissible microwave power, expanding the frequency range, etc.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145425/08A RU2510980C1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Active phase changer (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145425/08A RU2510980C1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Active phase changer (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2510980C1 true RU2510980C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50437709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012145425/08A RU2510980C1 (en) | 2012-10-25 | 2012-10-25 | Active phase changer (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2510980C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607673C1 (en) * | 2015-10-20 | 2017-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-петербургский политехнический университет Петра Великого" ФГАОУ ВО "СПбПУ" | High-frequency phase shifter on mos-transistors |
RU2802412C1 (en) * | 2019-12-27 | 2023-08-28 | Сetc Гоцзи Саузерн Гроуп Ко., Лтд. | Ultra-wideband double discharge phase shifter |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2207666C1 (en) * | 2002-04-01 | 2003-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАЗОН" | Superhigh-frequency phase shifter |
RU2303326C2 (en) * | 2005-03-28 | 2007-07-20 | Михаил Викторович Агунов | Controlled-angle broadband phase shifter |
RU2352031C1 (en) * | 2008-02-07 | 2009-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Shf phase shifter |
RU2367066C1 (en) * | 2008-08-18 | 2009-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Microwave phase changer |
-
2012
- 2012-10-25 RU RU2012145425/08A patent/RU2510980C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2207666C1 (en) * | 2002-04-01 | 2003-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ФАЗОН" | Superhigh-frequency phase shifter |
RU2303326C2 (en) * | 2005-03-28 | 2007-07-20 | Михаил Викторович Агунов | Controlled-angle broadband phase shifter |
RU2352031C1 (en) * | 2008-02-07 | 2009-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Shf phase shifter |
RU2367066C1 (en) * | 2008-08-18 | 2009-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Microwave phase changer |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607673C1 (en) * | 2015-10-20 | 2017-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-петербургский политехнический университет Петра Великого" ФГАОУ ВО "СПбПУ" | High-frequency phase shifter on mos-transistors |
RU2802412C1 (en) * | 2019-12-27 | 2023-08-28 | Сetc Гоцзи Саузерн Гроуп Ко., Лтд. | Ultra-wideband double discharge phase shifter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10581415B2 (en) | Polyphase phase shifter | |
Chang et al. | A 28-GHz low-power vector-sum phase shifter using biphase modulator and current reused technique | |
US9859881B2 (en) | Phase difference detecting device | |
US10862459B2 (en) | Low-loss vector modulator based phase shifter | |
Sharma et al. | 160–310 GHz frequency doubler in 65-nm CMOS with 3-dBm peak output power for rotational spectroscopy | |
CN102270964A (en) | Frequency multiplier | |
Testa et al. | A 160–190-GHz vector-modulator phase shifter for low-power applications | |
Jacob et al. | Non-Foster matched antennas for high-power applications | |
Chi et al. | A+ 2.3 dBm 124–158GHz Class-C frequency quadrupler with folded-transformer based multi-phase driving | |
CN102347731A (en) | Harmonic rejection of signal converting device and method thereof | |
RU125775U1 (en) | ACTIVE PHASE ROTARY (OPTIONS) | |
JP2014110492A (en) | Variable phase device, semiconductor integrated circuit, and phase variation method | |
Mokhti et al. | The nonlinear drain–source capacitance effect on continuous-mode class-B/J power amplifiers | |
RU2510980C1 (en) | Active phase changer (versions) | |
Korotkov et al. | Theory and analysis of the diode frequency mixers: generalized matrix approach (Part I: transfer function) | |
Hosseinzadeh et al. | A compact, 37% fractional bandwidth millimeter-wave phase shifter using a wideband lange coupler for 60-GHz and E-band systems | |
Valenta et al. | Wideband 110 GHz frequency quadrupler for an FMCW imager in 0.13-μm SiGe: C BiCMOS process | |
Hu et al. | A 65nm CMOS 6–18 GHz full 360° 6-bit phase shifter | |
Balashov et al. | An unbalanced transformerless vector-sum phase shifter architecture | |
Cetindogan et al. | A 5–13 GHz 6-bit vector-sum phase shifter with+ 3.5 dBm IP1dB in 0.25-μm SiGe BiCMOS | |
Grötsch et al. | On-chip post-production tuning of I/Q frequency converters using adjustable coupler terminations | |
Vadivelu et al. | Integrated CMOS mm-wave phase shifters for single chip portable radar | |
Maity et al. | Design of a single balanced diode mixer with high LO/RF and LO/IF isolation in C-band test loop translator | |
Tabarani et al. | A novel compact balanced reflect-type vector modulator topology | |
CN112787628A (en) | Ultra-wideband reconfigurable active phase shifter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141026 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151220 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160511 |