RU2692480C1 - High-resolution microwave phase-shifting unit - Google Patents

High-resolution microwave phase-shifting unit Download PDF

Info

Publication number
RU2692480C1
RU2692480C1 RU2018134903A RU2018134903A RU2692480C1 RU 2692480 C1 RU2692480 C1 RU 2692480C1 RU 2018134903 A RU2018134903 A RU 2018134903A RU 2018134903 A RU2018134903 A RU 2018134903A RU 2692480 C1 RU2692480 C1 RU 2692480C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
degrees
signal
shifting unit
phase shifter
Prior art date
Application number
RU2018134903A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Александрович Балыко
Олег Александрович Морозов
Сергей Александрович Перегонов
Виктор Иванович Криворучко
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп" filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп"
Priority to RU2018134903A priority Critical patent/RU2692480C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2692480C1 publication Critical patent/RU2692480C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/18Phase-shifters
    • H01P1/185Phase-shifters using a diode or a gas filled discharge tube
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/165Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/18Networks for phase shifting
    • H03H7/20Two-port phase shifters providing an adjustable phase shift

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

FIELD: electronic equipment.SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering, specifically to microwave phase-shifting unit on semiconductor devices. Phase-shifting unit are widely used in communication equipment, radar and measurement equipment. Main signal is selected substantially larger (approximately by 10–12 dB) of the auxiliary signal. Auxiliary signal, passing through the digital attenuator, is summed with the main signal on the adder. As a result of vector addition of signals at the output of the adder, a signal is obtained, which is phase-shifted relative to the main signal by a value depending on the level of the auxiliary signal. By controlling the digital attenuator, the required small shifts can be obtained. By selecting digit capacity of digital attenuator and pitch of change of attenuation, it is possible to select required range and minimum discretion of phase change. According to another version of disclosed invention, disclosed in the proposed phase-shifting unit are two multi-bit phase-shifting units, wherein the second phase-shifting unit is connected in series with the first phase shifter. First phase-shifting unit provides phase control in range of 180 to 5.625 degrees with discreteness of 5.625 degrees, and second, providing installation of required phase with discrepancies in tenths of degrees, and to ensure monotony of phase adjustment into phase-shifting unit digital driver is introduced, which provides conversion of required phase setting into cascade control signals based on phase errors of discrepancies. Input signal supplied to the two-channel divider is divided into 2 streams: the main signal and the auxiliary one with phase shift between them of 90 degrees, which enables to realize minimum discrepancies in phase shifts of less than 5.625 to 0.088 degrees (2.812, 1.406; 0.703; 0.352; 0.176, and 0.088).EFFECT: facilitating implementation of minimum discrepancies of phase shifts.2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фазовращателям СВЧ на полупроводниковых приборах. Фазовращатели (ФВ) широко используются в аппаратуре связи, радиолокации и измерительной технике.The invention relates to electronic engineering, in particular to microwave phase shifters on semiconductor devices. Phase shifters (EFs) are widely used in communications equipment, radiolocation and measurement technology.

Фазовращатели бывают с непрерывным и дискретным изменением фазы, при этом последние представляют собой каскадное соединение нескольких, по крайней мере, от двух до 5-6 разрядов, содержащих калиброванные отрезки линий передачи, обеспечивающих заданный сдвиг фазы. Подключение и отключение отрезков линий передачи в каждом разряде осуществляется электронными ключами, в качестве которых используются полупроводниковые диоды или транзисторы.Phase shifters are with continuous and discrete phase changes, while the latter are a cascade connection of several, at least, from two to 5-6 digits containing calibrated segments of transmission lines providing the specified phase shift. The connection and disconnection of the transmission line segments in each discharge is carried out by electronic switches, which use semiconductor diodes or transistors.

Фазовращатели СВЧ характеризуются:Microwave phase shifters are characterized by:

- максимальной и минимальной величиной изменения фазы СВЧ (шаг по фазе, дискрет по фазе);- the maximum and minimum magnitude of the microwave phase change (phase step, phase discrete);

- шириной рабочей полосы;- working width;

- величиной потерь СВЧ сигнала;- the magnitude of the loss of the microwave signal;

- монотонностью изменения фаз при их изменении;- monotony of change of phases at their change;

- точностью установки заданного значения фазы;- the accuracy of setting the specified phase value;

- параметрами управляющих сигналов.- parameters of control signals.

Обычно, например, у шестиразрядного фазовращателя значения разрядов имеют значения 180, 90, 45, 22,5, 11,25 и 5,623 градусов. Включением различных секций можно обеспечить изменение фазы в пределах от 360 до 0 градусов с минимальным шагом 5,625 градусов.Usually, for example, in a six-digit phase shifter, the values of discharges are 180, 90, 45, 22.5, 11.25, and 5.623 degrees. The inclusion of different sections can provide a phase change in the range from 360 to 0 degrees with a minimum step of 5.625 degrees.

Однако, для практических задач, например, в измерительной аппаратуре или в радиолокационных системах высокого разрешения могут потребоваться изменения фазы с шагом порядка 0,1 градуса.However, for practical tasks, for example, in measuring equipment or in high-resolution radar systems, phase changes may be required in increments of the order of 0.1 degrees.

Известен представленный на фиг. 1 дискретный петлеобразный диодный СВЧ фазовращатель (патент РФ №2231175 С2; МПК: Н01Р 1/185; 20.06.2006), состоящий из микрополосковых секций, снабженных соединяющим концы петли диодом и связанным с ней коммутируемым согласующим элементом. Коммутируемый согласующий элемент в виде подключенного к середине петли через диод короктозамкнутого шлейфа выполнен в секциях с большим дискретом, а в секциях с малым дискретом - в виде линии на участке соединения через диод концов петли с волновым сопротивлением, превышающим в 1,5-2 раза волновое сопротивление основной линии и петли.The one shown in FIG. 1 discrete loop-shaped microwave diode phase shifter (RF patent №2231175 C2; IPC: H01P 1/185; 20.06.2006), consisting of microstrip sections, equipped with a diode connecting the loop ends and an associated matching element. The switched matching element in the form of a short-loop loop connected to the middle of the loop through the diode is made in sections with a large sampling, and in sections with a small sampling - as a line in the connection section through the diode of the loop ends with an impedance exceeding 1.5-2 times the wave resistance resistance of the main line and loop.

Известен представленный на фиг. 2 фазовращатель СВЧ (патент РФ №2316086 С1; МПК: Н01Р 1/185; 27.01.2008), содержащий 2 линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая для выхода, два полевых транзистора с барьером Шотки и отрезок линии передачи с длиной, равной половине длины волны, в линии передачи. Исток первого полевого транзистора с барьером Шотки соединен с линией передачи на входе, сток с линией передачи на выходе и с одним из концов отрезка линии передачи. Другой конец отрезка линии передачи соединен с линией передачи на входе. Сток второго полевого транзистора с барьером Шотки соединен с отрезком линии передачи на расстоянии, равном четверти длины волны, в линии передачи от любого его конца, исток его заземлен. Затворы полевых транзисторов с барьером Шотки соединены между собой и соединены с одним источником постоянного управляющего напряжения.The one shown in FIG. 2 microwave frequency shifter (RF patent №2316086 C1; IPC: H01P 1/185; 27.01.2008), containing 2 transmission lines with the same wave impedances, one for the microwave signal input, the other for the output, two Schottky barrier field-effect transistors and a segment of the transmission line with a length equal to half the wavelength in the transmission line. The source of the first field-effect transistor with a Schottky barrier is connected to the transmission line at the input, and the drain to the transmission line at the output and to one of the ends of the transmission line segment. The other end of the transmission line segment is connected to the transmission line at the input. The drain of the second field-effect transistor with a Schottky barrier is connected to a segment of the transmission line at a distance equal to a quarter of the wavelength in the transmission line from either its end, its source is grounded. The gates of field-effect transistors with a Schottky barrier are interconnected and connected to one source of constant control voltage.

Известен представленный на фиг. 3 фазовращатель СВЧ (патент РФ №2401489 С1; МПК: Н01Р 1/18; 10.10.2010), содержащий 2 линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна предназначена для входа СВЧ-сигнала, другая для выхода, два полевых транзистора с барьером Шотки, индуктивности и емкости одинаковой величины, дополнительно введен отрезок линии передачи длиной, равной одной восьмой длины волны на средней частоте рабочей полосы частот, с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии передачи на входе, при этом один конец упомянутого отрезка линии передачи соединен с линией передачи на входе и с одним концом первой емкости, другой конец упомянутого отрезка линии передачи соединен с линией передачи на выходе и с одним концом второй емкости, другой конец каждой емкости соединен соответственно со стоком каждого полевого транзистора с барьером Шотки и также с одним концом каждой индуктивности, величину которой определяют из математического выражения в зависимости от средней частоты рабочей полосы частот и выходной емкости транзисторов.The one shown in FIG. 3 microwave phase shifter (RF patent №2401489 C1; IPC: H01P 1/18; 10.10.2010), containing 2 transmission lines with the same wave impedances, one for the microwave signal input, the other for the output, two Schottky barrier field-effect transistors, inductance and capacitance of the same size, additionally entered a segment of the transmission line with a length equal to one eighth of the wavelength at the middle frequency of the working frequency band, with a characteristic impedance equal to the characteristic impedance of the transmission line at the input, with one end of one with the transmission line at the input and with one end of the first capacitance, the other end of the said transmission line segment is connected to the transmission line at the output and one end of the second capacitance, the other end of each capacitance is connected to the drain of each Schottky barrier field effect transistor and also the end of each inductance, the value of which is determined from the mathematical expression depending on the average frequency of the working frequency band and the output capacitance of the transistors.

Известен представленный на фиг. 4 СВЧ-фазовращатель на основе полупроводниковой схемы (патент РФ №2379798 С1; МПК: Н01Р 1/18; 20.01.2010). СВЧ-фазовращатель на основе полупроводниковой схемы, содержит два параллельных канала, входы и выходы которых, соответственно, соединены с входной и выходной микрополосковыми линиями, при этом первый канал содержит последовательно соединенные первый полевой транзистор с затвором Шотки, первый фазосдвигающий элемент в виде микрополосковой линии и второй полевой транзистор с затвором Шотки, второй канал -последовательно соединенные третий полевой транзистор с затвором Шотки, второй фазосдвигающий элемент и четвертый полевой транзистор с затвором Шотки, а затворы всех транзисторов соединены резисторами для подачи управляющего напряжения, согласно изобретению второй фазосдвигающий элемент выполнен сменным и расположен вне пределов функциональной поверхности полупроводниковой схемы, а ширина затвора каждого полевого транзистора равна ширине микрополосковых линий.The one shown in FIG. 4 Microwave phase shifter based on semiconductor circuit (RF patent №2379798 C1; IPC: Н01Р 1/18; 01.20.2010). The microwave phase shifter based on a semiconductor circuit contains two parallel channels, the inputs and outputs of which, respectively, are connected to the input and output microstrip lines, the first channel containing the first field-effect transistor with the Schottky gate, the first phase-shifting element in the form of a microstrip line and the second field-effect transistor with a Schottky gate, the second channel is a successively connected third field-effect transistor with a Schottky gate, the second phase-shifting element and the fourth field-effect transistor p with the gate Schottky, and the gates of all transistors are connected by resistors for supplying control voltage, according to the invention, the second phase-shifting element is replaceable and located outside the functional surface of the semiconductor circuit, and the width of the gate of each field-effect transistor is equal to the width of microstrip lines.

Кроме того, второй фазосдвигающий элемент может быть выполнен в виде микрополосковой линии.In addition, the second phase-shifting element can be made in the form of a microstrip line.

Кроме того, второй фазосдвигающий элемент может быть выполнен в виде LC-цепей на сосредоточенных элементах.In addition, the second phase-shifting element can be made in the form of LC circuits on lumped elements.

Выполнение второго сменного фазосдвигающего элемента в виде микрополосковой линии или LC-цепей на сосредоточенных элементах позволяет реализовать любой фазовый дискрет многоразрядного фазовращателя выбранного частотного диапазона.The implementation of the second replaceable phase-shifting element in the form of a microstrip line or LC-circuits on lumped elements allows you to implement any phase discrete multi-bit phase shifter of the selected frequency range.

Известен представленный на фиг. 5 проходной дискретный полупроводниковый СВЧ-фазовращатель (патент РФ №2639992 С1; МПК: Н01Р 1/185; 25.12.2017), согласованный с волновым сопротивлением основной линии передачи, выполненный на основе соединения отрезков линий передачи и управляющих элементов, преимущественно диодов. Вход и выход фазосдвигающей цепи фазовращателя соединены через управляющий элемент. Фазосдвигающая цепь фазовращателя содержит фильтр нижних частот в виде последовательного соединения трех (в случае дискрета, большего 90 градусов) или двух (в случае дискрета, меньшего или равного 90 градусов) отрезков линии передачи, к местам (точкам) соединения которых подключены шлейфы (шлейф), причем их свободные концы (концы центральных проводников) соединены по СВЧ с корпусом (экраном) через управляющие элементы, геометрические параметры упомянутых отрезков и шлейфов выбраны из условия обеспечения четвертьволновой электрической длины каждой линии передачи от входа (выхода) фазосдвигающей цепи до ближайшей точки соединения с корпусом, а волновые сопротивления этих отрезков превышают волновое сопротивление.The one shown in FIG. 5 pass-through discrete semiconductor microwave phase shifter (RF patent №2639992 C1; IPC: H01P 1/185; 25.12.2017), matched with the characteristic impedance of the main transmission line, made on the basis of the connection of the transmission line segments and control elements, mainly diodes. The input and output of the phase shifter circuit of the phase shifter are connected via a control element. The phase shifter circuit of the phase shifter contains a low-pass filter in the form of a series connection of three (in the case of a discrete greater than 90 degrees) or two (in the case of a discrete less than or equal to 90 degrees) transmission line segments, to the points (points) of which the plugs are connected , and their free ends (the ends of the central conductors) are connected via microwave to the body (screen) through control elements, the geometrical parameters of the mentioned segments and loops are chosen from the condition of providing quarter-wave electric lengths s each transmission line from the input (output) of the phase-shifting circuit to the nearest point of connection with the body, and the wave impedances of these segments exceed the wave impedance.

Известен представленный на фиг. 6 широкополосный многоразрядный дискретный СВЧ-фазовращатель (патент РФ №172993 U1; МПК: Н01Р 1/185; 03.08.2017). Устройство, состоящее из N последовательно соединенных разрядов, в состав которых входят фазосдвигающий элемент (ФСЭ) и опорный элемент (ОЭ), содержащий первый и второй pin-диоды ОЭ, первый и второй конденсаторы ОЭ, индуктивность ОЭ, в ОЭ дополнительно введены вторая и третья индуктивности ОЭ, а в ФСЭ, содержащий первый и второй pin-диоды ФСЭ, первый и второй конденсаторы ФСЭ и индуктивность ФСЭ, дополнительно введены вторая индуктивность ФСЭ и третий конденсатор ФСЭ с соответствующими связями.The one shown in FIG. 6 wideband multi-bit discrete microwave phase shifter (RF patent №172993 U1; IPC: Н01Р 1/185; 03.08.2017). A device consisting of N series-connected discharges, which include a phase-shifting element (FSE) and a support element (OE) containing the first and second pin diodes OE, the first and second capacitors OE, OT inductance, OE additionally introduced the second and third inductance OE, and in FSE, containing the first and second pin diodes of FSE, first and second capacitors of FSE and inductance of FSE, the second inductance of FSE and the third capacitor of FSE with the appropriate connections are added.

Как видно, известные многоразрядные проходные фазовращатели СВЧ имеют две линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, между которыми располагаются фазосдвигающие секции (в виде LC-цепи, полупроводниковых диодов или просто отрезков линий передач) в необходимом числе с дискретом от 180 до 5,625 градуса. Уменьшение дискретов в такой конструкции практически невозможно из-за малости фазосдвигающего отрезка в 2,812 градуса и т.д. градусов, соизмеримых с влиянием других элементов схемы.As can be seen, the well-known multi-digit microwave pass-through phase shifters have two transmission lines with the same wave impedances, between which phase-shifting sections are located (in the form of an LC circuit, semiconductor diodes, or simply segments of transmission lines) in the required number with discrete values from 180 to 5.625 degrees. The reduction of discretes in such a design is almost impossible due to the small phase-shifting segment of 2.812 degrees, etc. degrees commensurate with the influence of other elements of the scheme.

Актуальной проблемой является создание фазосдвигающего устройства с дискретами приращения фазы от единиц до 0,1 градуса.The actual problem is the creation of a phase-shifting device with discrete phase increments from units to 0.1 degrees.

Наиболее близким к сущности заявленного изобретения является представленное на фиг. 7 техническое решение полупроводниковой интегральной схемы многоразрядного фазовращателя (Елесин В.В., Назарова Г.Н., Усачев Н.А., Чуков Г.В., Сотсков Д.И. «Построение монолитных ИС многоразрядных фазовращателей СВЧ диапазона с улучшенными точностными характертстиками», журнал «Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА», №5, Зеленоград, МИЭТ, 2012 г., стр. 31-38) для активной антенной решетки СВЧ диапазона. Оригинальным в данной работе является реализация СВЧ-фазовращателя по технологии SiGe-БиКМОП на одном кристалле с использованием регулировки амплитуд ортогональных составляющих формируемого сигнала. Идея регулировки амплитуды одной из составляющих сигнала использована в предлагаемой заявке при реализации фазовращателя по микрополосковой технологии, что позволяет считать это прототипом предлагаемого изобретения. Предложен вариант многоразрядного ФВ в монолитном исполнении с амплитудно-управляемыми усилителями с использованием принципа сложения ортогональных векторов (фиг. 7а). На фиг. 7б представлена структурная схема векторного ФВ. Такая схема позволяет повернуть фазу выходного сигнала только в пределах 90 градусов. Для поворота фазы в пределах 360 градусов необходимо включать последовательно 4 схемы представленные на фиг. 7б, что усложняет устройство и является недостатком этого технического решения.Closest to the essence of the claimed invention is presented in FIG. 7 technical solution of a semiconductor integrated circuit of a multi-bit phase shifter (Elesin V.V., Nazarova G.N., Usachev N.A., Chukov G.V., Sotskov D.I. “Construction of monolithic integrated circuits of multi-digit microwave phase shifters with improved accuracy characteristics ", Journal" News of universities. ELECTRONICS ", No. 5, Zelenograd, MIET, 2012, p. 31-38) for an active microwave antenna array. The original in this work is the implementation of the microwave phase shifter using SiGe-BiCMOP technology on a single chip using the amplitude adjustment of the orthogonal components of the generated signal. The idea of adjusting the amplitude of one of the signal components was used in the proposed application when implementing a phase shifter according to microstrip technology, which makes it possible to consider this a prototype of the invention. A variant of multi-bit PV in monolithic design with amplitude-controlled amplifiers using the principle of addition of orthogonal vectors (Fig. 7a) is proposed. FIG. 7b is a block diagram of the vector PV. This scheme allows you to rotate the phase of the output signal only within 90 degrees. To rotate the phase within 360 degrees, it is necessary to include in series 4 schemes shown in FIG. 7b, which complicates the device and is a disadvantage of this technical solution.

В сравнении с техническим решением представленным на фиг. 7 предлагаемое техническое решение обладает преимуществом использования по широко распространенной микрополосковой технологии и относительной ее дешевизны, что позволяет разработчику реализовывать вариант исполнения, подходящий для его конкретной задачи.In comparison with the technical solution shown in FIG. 7, the proposed technical solution has the advantage of using the widely used microstrip technology and its relative cheapness, which allows the developer to implement an embodiment suitable for his particular task.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность обеспечения реализации минимальных дискретов фазовых сдвигов меньше чем 5,625 до 0,088 градуса (2,812; 1,406; 0,703; 0,352; 0,176 и 0,088) градуса.The technical result of the invention is the ability to ensure the implementation of the minimum sampling phase shifts less than 5,625 to 0,088 degrees (2,812; 1,406; 0,703; 0,352; 0,176 and 0,088) degrees.

Технический результат достигается тем, что входной сигнал 1 (фиг. 8) подается на двухканальный делитель 2 где делится на 2 потока: основной сигнал Аос 3 и вспомогательный Авс 4 со сдвигом фаз между ними 90 градусов. При этом основной сигнал Аос 3 выбирается больше сигнала Авс 4 на 13.1 дБ, чтобы при нулевом значении затухания цифрового аттенюатора 5 обеспечить сдвиг фазы выходного сигнала 2,812 градуса. Сигнал 4 через Цифровой Аттенюатор 5, выходной сигнал которого 6, подается на один вход сумматора 7, а на второй вход которого подается основной сигнал 3. В результате векторного сложения сигналов на выходе сумматора 7 получается сигнал Асум 8, сдвинутый по фазе относительно основного сигнала 3 на величину, зависящую от уровня вспомогательного сигнала Авс 6. Управляя цифровым аттенюатором 5 по входу 9 можно получать требуемые малые сдвиги (фиг. 9). Выбирая разрядность ЦАт и шаг изменения затухания можно выбрать требуемый диапазон и минимальный дискрет изменения фазы как это осуществляется в техническом решении, представленном на фиг. 7.The technical result is achieved by the fact that the input signal 1 (Fig. 8) is fed to a two-channel divider 2 where it is divided into 2 streams: the main signal Aos 3 and auxiliary Avs 4 with a phase shift between them of 90 degrees. In this case, the main signal Aos 3 is chosen more than the signal Avs 4 by 13.1 dB, so that at zero attenuation of the digital attenuator 5, to provide a phase shift of the output signal of 2.812 degrees. Signal 4 via Digital Attenuator 5, the output signal of which is 6, is fed to one input of adder 7, and to the second input of which the main signal 3 is fed. by an amount dependent on the level of the auxiliary signal of the Avs 6. By controlling the digital attenuator 5 on the input 9 you can get the required small shifts (Fig. 9). By choosing the bit width of the digital converter and the attenuation step, one can choose the required range and the minimum discrete phase change as it is done in the technical solution shown in FIG. 7

Данный эффект управления фазой сигнала объясняется тем, что как известно из математики, линейная комбинация нескольких синусоидальных величин с одной и той же частотой есть синусоидальная величина с той же частотой. В нашем случае имеем после делителя 2 два синусоидальных сигнала с одной и той же частотой, но сдвинутых по фазе на 90° друг относительно друга. После сумматора 7 образуется линейная комбинация двух синусоидальных величин:This effect of controlling the phase of a signal is explained by the fact that, as is known from mathematics, a linear combination of several sinusoidal quantities with the same frequency is a sinusoidal quantity with the same frequency. In our case, we have after divider 2 two sinusoidal signals with the same frequency, but shifted in phase by 90 ° relative to each other. After adder 7, a linear combination of two sinusoidal values is formed:

Figure 00000001
Figure 00000001

Для нашего случая ϕ1=0; ϕ2=90°; ϕ - сдвиг фазы после суммирования сигналов. Тогда формула (1) принимает вид:For our case, ϕ 1 = 0; ϕ 2 = 90 °; ϕ - phase shift after summation of signals. Then the formula (1) takes the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Из формулы (2) следует, что:From formula (2) it follows that:

tg(β)=Авсос;tg (β) = A sun / A os ;

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, для получения фазового сдвига в 5,625 градуса соотношение амплитуд суммируемых сигналов должно быть 0.09849. А для получения фазового сдвига в 2,812 градуса соотношение амплитуд суммируемых сигналов должно быть 0.04912.Thus, to obtain a phase shift of 5.625 degrees, the amplitude ratio of the summed signals should be 0.09849. And to obtain a phase shift of 2.812 degrees, the amplitude ratio of the summed signals must be 0.04912.

Предлагаемый вариант фазовращателя 10 для обеспечения малых изменений уровня выходного сигнала 8 при перестройки фазы предпочтительно пригоден для реализаии малых сдвигов фазы, примерно, в диапазоне от 10-15 градусов и до сотых долей.The proposed version of the phase shifter 10 to provide small changes in the level of the output signal 8 during phase reorganization is preferably suitable for implementing small phase shifts, approximately in the range from 10-15 degrees to hundredths.

Предлагаемый СВЧ фазовращатель может обеспечить необходимое значение сдвига фазы в требуемых пределах от 2,83 до 0,088 градусов с числом значений фаз от 6 до 16 в зависимости от шага изменения затухания ЦАт (3 или 1 дБ).The proposed microwave phase shifter can provide the necessary value of the phase shift in the required range from 2.83 to 0.088 degrees with the number of phase values from 6 to 16, depending on the step of changing the attenuation of the TsA (3 or 1 dB).

Получаемые значения фазовых сдвигов при шаге затухания в ЦАт в 1 дБ равны:The obtained values of phase shifts at decay step in TsA in 1 dB are equal to:

Figure 00000004
Figure 00000004

Согласно другому варианту заявленного изобретения, технический результат достигается тем, что в предлагаемом фазовращателе используются два многоразрядных фазовращателя, причем второй фазовращатель подключается последовательно с первым. При этом первый фазовращатель 11 (фиг. 10) обеспечивает управление фазами в диапазоне от 180 до 5,625 градусов с дискретами 5,625 градусов, а второй фазовращатель 13 обеспечивает переключаемые фиксированные значения фазы в диапазоне от 2,82 до 0,087 градусов.According to another embodiment of the claimed invention, the technical result is achieved in that the proposed phase shifter uses two multi-digit phase shifters, the second phase shifter being connected in series with the first one. The first phase shifter 11 (FIG. 10) provides phase control in the range from 180 to 5.625 degrees with discretes 5.625 degrees, and the second phase shifter 13 provides switchable fixed phase values in the range from 2.82 to 0.087 degrees.

Для обеспечения монотонности характеристики перестройки фазы с малыми дискретами, необходимо чтобы ошибки в установках фаз предыдущих дискретов не превышали половины последующих младших разрядов. Практически это требование для числа разрядов более 6 невыполнимо без применения мер цифровой корректировки ошибок управления.To ensure the monotony of the characteristics of the phase adjustment with small discretes, it is necessary that the errors in the settings of the phases of the previous discretes do not exceed half of the subsequent lower digits. Practically, this requirement for the number of digits of more than 6 is impossible without the use of measures of digital correction of control errors.

Для этого в состав ВЫСОКОРАЗРЯДНОГО ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ СВЧ необходимо включить цифровой драйвер 15, обеспечивающий перекодировку требуемых значений фазового сдвига в коды, учитывающие неидеальность реальных дискретов фазовращателей 11 и 13. В качестве такого драйвера может использоваться ПЗУ 15 (фиг. 10), в который заносятся перекодировки сигналов требуемого фазового сдвига 16 в коды сигналов 17, учитывающие фазовые ошибки дискретов. Необходимые коды должны формироваться в процессе изготовления и калибровки высокоразрядного фазовращателя индивидуально для каждого образца.To do this, the HIGH-DISTRIBUTED UHF PHASE TRUCKER must include a digital driver 15, which provides transcoding of the required phase shift values into codes that take into account the non-ideality of real samplers of phase shifters 11 and 13. ROM 15 (Fig. 10) can be used as such a driver, in which the transcoding of signals can be used the required phase shift 16 in the codes of signals 17, taking into account the phase errors of discrete. The necessary codes must be formed during the manufacture and calibration of the high-digit phase shifter individually for each sample.

Предлагаемые ФВ могут изготавливаться как в микрополосковом, так и в монолитном исполнении.The offered PV can be made both in microstrip, and in monolithic execution.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На фиг. 1 схематично представлен дискретный петлеобразный диодный СВЧ фазовращатель. 1-петля; 2-участки линии передачи; 3, 7, 10-диод; 4 и 5 - входной и выходной участки линии передачи; 11-короткозамкнутый шлейф.FIG. 1 schematically represents a discrete loop-shaped diode microwave phase shifter. 1-loop; 2-sections of the transmission line; 3, 7, 10-diode; 4 and 5 - input and output sections of the transmission line; 11 short-circuited cable.

На фиг. 2 представлен фазовращатель СВЧ. 1, 2 - линии входа/выхода СВЧ-сигнала; 3, 4 - полевые транзисторы с барьером Шотки; 5 - отрезок линии передачи; 6 - источник напряжения управляющего.FIG. 2 shows the microwave phase shifter. 1, 2 - lines of input / output of the microwave signal; 3, 4 - field-effect transistors with a Schottky barrier; 5 - line segment transmission; 6 - a source of control voltage.

На фиг. 3 схематично представлен фазовращатель СВЧ. L1, L2 - индуктивности; С1, С2 - емкости; Т1, Т2 - транзисторы; Z0 - волновое сопротивление.FIG. 3 schematically shows a microwave phase shifter. L1, L2 - inductance; C1, C2 - capacity; T1, T2 - transistors; Z0 is the characteristic impedance.

На фиг. 4 схематично представлен СВЧ-фазовращатель на основе полупроводниковой схемы. 2, 3 - входная и выходная микрополосковая линия; 4, 6, 7, 9 - полевые транзисторы с затвором Шотки; 5, 8 - фазосдвигающие элементы; 10 - резисторы.FIG. 4 is a schematic representation of a microwave phase shifter based on a semiconductor circuit. 2, 3 - input and output microstrip line; 4, 6, 7, 9 - field-effect transistors with a Schottky gate; 5, 8 - phase-shifting elements; 10 - resistors.

На фиг. 5 представлен проходной дискретный полупроводниковый СВЧ-фазовращатель. 1 - основная линия передачи; 2, 2' - отрезки линии передачи; 3 - шлейф; D1 и D2 - управляющие элементы (диоды).FIG. 5 shows a pass-through discrete semiconductor microwave phase shifter. 1 - the main transmission line; 2, 2 '- segments of the transmission line; 3 - loop; D 1 and D 2 - control elements (diodes).

На фиг. 6 представлен широкополосный многоразрядный дискретный СВЧ-фазовращатель. 1 - фазосдвигающий элемент (ФСЭ); 2 - опорный элемент (ОЭ); 3, 4, 14 - первый, второй и третий конденсаторы ФСЭ; 5, 13 - первая и вторая индуктивности ФСЭ; 6, 7 - первый и второй pin-диоды ФСЭ; 8, 9 - первый и второй pin-диоды ОЭ; 10, 11 - первый и второй конденсаторы ОЭ; 12, 15, 16 - первая, вторая и третья индуктивности ОЭ.FIG. 6 shows a broadband multi-bit discrete microwave phase shifter. 1 - phase-shifting element (FSE); 2 - supporting element (OE); 3, 4, 14 - the first, second and third capacitors of the FSE; 5, 13 - the first and second inductances of FSE; 6, 7 - the first and second pin diodes of the FSE; 8, 9 - the first and second pin diodes OE; 10, 11 - the first and second capacitors OE; 12, 15, 16 - the first, second and third inductance OE.

Фиг. 7 поясняет принцип сложения ортогональных векторов (а) и структурную схему векторного ФВ (б).FIG. 7 explains the principle of addition of orthogonal vectors (a) and the block diagram of the vector PV (b).

На фиг. 8 показана схема СВЧ-фазовращателя.FIG. 8 shows a microwave phase shifter circuit.

На фиг. 9 показаны сдвиги фазы.FIG. 9 shows phase shifts.

На фиг. 10 представлена схема СВЧ-фазовращателя.FIG. 10 is a diagram of the microwave phase shifter.

Таким образом, предлагаемый высокоразрядный СВЧ-фазовращатель отличается от предшествующих вариантов исполнения тем, что в целях обеспечения изменения фазы 360 градусов с малым дискретом, в нем используется секция фазовращателя с малыми дискретами в пределах от единиц до сотых долей градуса путем изменения уровня ортогональной составляющей и секций фазовращателя с дискретами от 180 до 5,623 градуса с фазосдвигающими элементами. Это позволяет обеспечить весь диапазон изменения фазы в пределах 360-0,1 градуса.Thus, the proposed high-resolution microwave phase shifter differs from the previous versions in that in order to ensure a 360 degree change with a small discrete, it uses a phase shifter section with small discrete values ranging from units to hundredths of a degree by changing the level of the orthogonal component and sections phase shifter with increments from 180 to 5,623 degrees with phase-shifting elements. This allows you to provide the entire range of phase change in the range of 360-0.1 degrees.

Claims (2)

1. Фазовращатель СВЧ, содержащий несимметричный квадратурный делитель мощности, цифровой многоразрядный аттенюатор и двухканальный сумматор, отличающийся тем, что выходной сигнал делителя с повышенным уровнем опорного сигнала подается на один вход сумматора, а второй квадратурный выходной сигнал делителя с пониженным уровнем сигнала через цифровой аттенюатор подается на второй вход сумматора, что обеспечивает управляемый сдвиг фазы выходного сигнала фазовращателя относительно входного при изменении коэффициента передачи цифрового аттенюатора.1. The microwave phase shifter containing an asymmetrical quadrature power divider, a digital multi-bit attenuator and a two-channel adder, characterized in that the output signal of the divider with an increased level of the reference signal is fed to one input of the adder, and the second quadrature output signal of the divider with a reduced signal level is fed through a digital attenuator to the second input of the adder, which provides a controlled phase shift of the output signal of the phase shifter relative to the input when the digital transmission coefficient changes attenuator. 2. Высокоразрядный СВЧ фазовращатель с минимизацией дискретов изменения фазы, отличающийся тем, что он состоит из двух последовательно включенных фазовращателей, первый из которых обеспечивает грубое изменение фазы в пределах 180-5,625 градусов с дискретом 5,625 градусов, а второй, по п. 1, обеспечивающий установку требуемой фазы с дискретами в десятые доли градуса, причем для обеспечения монотонности перестройки фазы в фазовращатель введен цифровой драйвер, обеспечивающий перекодировку требуемой установки фазы в сигналы управления каскадами с учетом фазовых ошибок дискретов.2. High-frequency microwave phase shifter with minimization of phase change discretes, characterized in that it consists of two series-connected phase shifters, the first of which provides a coarse phase change in the range of 180-5.625 degrees with a resolution of 5.625 degrees, and the second, according to claim 1, providing setting the required phase with samples in tenths of a degree, and to ensure the monotony of phase reorganization, a digital driver is introduced into the phase shifter, which ensures the conversion of the required phase setting into the cascade control signals taking into account the phase errors of the samples.
RU2018134903A 2018-10-03 2018-10-03 High-resolution microwave phase-shifting unit RU2692480C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134903A RU2692480C1 (en) 2018-10-03 2018-10-03 High-resolution microwave phase-shifting unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134903A RU2692480C1 (en) 2018-10-03 2018-10-03 High-resolution microwave phase-shifting unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2692480C1 true RU2692480C1 (en) 2019-06-25

Family

ID=67038293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134903A RU2692480C1 (en) 2018-10-03 2018-10-03 High-resolution microwave phase-shifting unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2692480C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU438066A1 (en) * 1972-10-30 1974-07-30 Войсковая Часть 33872 Microwave phaser
SU1298813A2 (en) * 1985-11-10 1987-03-23 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Microwave phase-shift keyer
SU1596275A1 (en) * 1988-07-01 1990-09-30 Горьковский Политехнический Институт Apparatus for measuring complex gain factor of four-terminal network
RU2379798C1 (en) * 2008-11-12 2010-01-20 Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПУРТ" Microwave phase shifter based on semiconductor circuit
WO2011132348A1 (en) * 2010-04-19 2011-10-27 日本電気株式会社 Phase shifter
RU125775U1 (en) * 2012-10-25 2013-03-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" ACTIVE PHASE ROTARY (OPTIONS)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU438066A1 (en) * 1972-10-30 1974-07-30 Войсковая Часть 33872 Microwave phaser
SU1298813A2 (en) * 1985-11-10 1987-03-23 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Microwave phase-shift keyer
SU1596275A1 (en) * 1988-07-01 1990-09-30 Горьковский Политехнический Институт Apparatus for measuring complex gain factor of four-terminal network
RU2379798C1 (en) * 2008-11-12 2010-01-20 Государственное унитарное предприятие города Москвы Научно-производственный центр "СПУРТ" Microwave phase shifter based on semiconductor circuit
WO2011132348A1 (en) * 2010-04-19 2011-10-27 日本電気株式会社 Phase shifter
RU125775U1 (en) * 2012-10-25 2013-03-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Производственное Предприятие "Пульсар" ACTIVE PHASE ROTARY (OPTIONS)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10840889B2 (en) Low loss reflective passive phase shifter using time delay element with double resolution
US4994773A (en) Digitally controlled monolithic active phase shifter apparatus having a cascode configuration
US6320480B1 (en) Wideband low-loss variable delay line and phase shifter
Chang et al. A 28-GHz low-power vector-sum phase shifter using biphase modulator and current reused technique
CA2064327C (en) Broadband phase shifter and vector modulator
CN112260651B (en) Broadband programmable harmonic rejection mixer
US4977382A (en) Vector modulator phase shifter
US7937051B2 (en) Apparatus and method for measuring the level of RF signals, and a transmitter including a wide band measurement circuit
US20190140622A1 (en) Low Loss Reflective Passive Phase Shifter using Time Delay Element
US9658262B2 (en) RF power measurement with bi-directional bridge
RU2692480C1 (en) High-resolution microwave phase-shifting unit
US7126442B2 (en) Phase shifter
RU2367066C1 (en) Microwave phase changer
US8611845B2 (en) Enhanced flexibility coupler for RF power detection and control
US20230231542A1 (en) Cascaded low-noise wideband active phase shifter
US10181833B2 (en) Reflection type phase shifter with active device tuning
KR20110003960A (en) High-frequency/high-performance phase shifters using pin diodes
RU2311704C1 (en) Microwave attenuator
US6600381B2 (en) Microwave voltage-controlled-oscillator
RU2419924C1 (en) Phase shifter (versions)
CN112787628A (en) Ultra-wideband reconfigurable active phase shifter
RU187668U1 (en) Microwave discrete phase shifter
RU2324265C2 (en) Microwave attenuator
RU166050U1 (en) MULTI-DISCHARGE WIDE BAND DISCRETE SUPER HIGH FREQUENCY PHASE ROTARY
US20200313652A1 (en) Reconfigurable filter for digitally controlled phase shifter