專利名稱：功分移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及饋電與移相功能的一體化設(shè)計(jì)，具體地說是一種功分移相器。
背景技術(shù)：
相控陣設(shè)計(jì)中包括功分網(wǎng)絡(luò)、移相器及其控制電路設(shè)計(jì)。這些器件及電路的集成復(fù)雜度、系統(tǒng)損耗和制造成本是設(shè)計(jì)必須考慮的問題。有源相控陣中采用的T/R(收/發(fā)模塊)組件中的放大器效率較低，固態(tài)移相器的插損較大，使得有源相控陣在很多領(lǐng)域應(yīng)用受限。因此，減少移相器數(shù)量進(jìn)而降低系統(tǒng)損耗在相控陣領(lǐng)域應(yīng)用備受關(guān)注。2003 年 Abbas Abbaspour-Tamijani^PKamal Sarabandi 在美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)天線與傳播期刊2003年9月第九期(2193— 2202頁)發(fā)表了論文“一種利用交疊平面子陣構(gòu)成的低成本毫米波波束掃描天線”(“An Affordable Millimeter-waveBeam-Steerable Antenna Using Interleaved Planar Subarrays,，’IEEE Transaction onAntennas Propagation, vol. 51, no. 9, pp. 2193-2202，Sep. 2003)。論文中將天線陣列劃分為多個(gè)天線子陣的組合，每個(gè)子陣只用一個(gè)移相器控制饋電相位，每個(gè)子陣內(nèi)部單元的相位是相同的，這實(shí)際上是一種相位虛位技術(shù)?；谶@種方式還可以將各個(gè)子陣重疊或者交叉，從而減少移相器數(shù)量，但這種方法會(huì)帶來天線陣列增益下降和副瓣升高。2010年D. Ehyaie和A. Mortazawi在美國電氣和電子工程師學(xué)會(huì)微波理論與技術(shù)國際會(huì)議上發(fā)表了論文“一種低成本、低復(fù)雜度相控陣的設(shè)計(jì)方法”(“A new approach todesign low cost, low complexity phased arrays,，，2010 IEEE MTT-S International,pp. 1270-1273, 2010)。論文提出了一種新的相控陣設(shè)計(jì)方法，該相控陣網(wǎng)絡(luò)包括有多個(gè)3dB定向耦合器、放大器、功率合成器和兩個(gè)移相器。通過控制移相器和放大器即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)相位和特定幅度分布的輸出。顯然，大量使用3dB定向f禹合器、放大器、功率合成器，電路結(jié)構(gòu)同樣使得電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜和低功率效率。無源相控陣中，通常每一路輸出都需要獨(dú)立的一組移相器控制相位，當(dāng)移相器位數(shù)又較多時(shí)大量使用移相器導(dǎo)致系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和插損較大。將功分器和移相器一體化設(shè)計(jì)從而避免大量使用移相器是一種降低系統(tǒng)復(fù)雜性和系統(tǒng)損耗的有效方法，至今還未見有關(guān)功分器與移相器一體化設(shè)計(jì)方法的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有的相控陣饋電網(wǎng)絡(luò)中功分器與移相器單獨(dú)設(shè)計(jì)然后集成帶來的體積大，損耗大，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，提出一種結(jié)構(gòu)緊湊同時(shí)兼有功分與移相功能的功分移相器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種功分移相器，它為一個(gè)功分環(huán)和兩個(gè)耦合環(huán)構(gòu)成的混合環(huán)結(jié)構(gòu)，所述的功分環(huán)的輸入端作為功分移相器的輸入，功分環(huán)的輸出連接兩個(gè)并聯(lián)的耦合環(huán)，耦合環(huán)的輸出端作為功分移相器的輸出，所述的功分環(huán)上設(shè)有用于控制多個(gè)輸出狀態(tài)的多個(gè)對應(yīng)的加載支節(jié)，各加載支節(jié)上分別設(shè)有一開關(guān)，通過開關(guān)控制對應(yīng)加載支節(jié)實(shí)現(xiàn)各狀態(tài)的功分與等差相位信號輸出。本實(shí)用新型的功分移相器是在PCB板上設(shè)計(jì)的；PCB從上至下依次為第一導(dǎo)體層、介質(zhì)層和第二導(dǎo)體層，位于中間的介質(zhì)層的介電常數(shù)大于1，第二導(dǎo)體層為地，第一導(dǎo)體層為微帶電路即功分移相器。本實(shí)用新型的PCB的第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層為導(dǎo)體銅，厚度為0. OOfO. 01mm，介質(zhì)層的厚度為0. 127mnTlmm。本實(shí)用新型的各狀態(tài)對應(yīng)的等差相位相位差的大小取決于與狀態(tài)對應(yīng)的加載支節(jié)的電長度。
·[0013]本實(shí)用新型的加載支節(jié)的個(gè)數(shù)與功分移相器的狀態(tài)數(shù)相等，功分移相器的狀態(tài)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，多個(gè)加載支節(jié)對稱的安裝在功分環(huán)的兩側(cè)。(因?yàn)閿?shù)字式移相狀態(tài)數(shù)為偶數(shù)，所·以這里我們設(shè)計(jì)成偶數(shù)個(gè)狀態(tài)。對稱安裝在功分環(huán)的兩側(cè)是根據(jù)設(shè)計(jì)思想而來由于結(jié)構(gòu)對稱性，對稱安裝相同長度的支節(jié)實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)相同的等幅與反向的等差相位輸出，那么在對稱加載相同長度支節(jié)的兩個(gè)狀態(tài)的切換即可實(shí)現(xiàn)相鄰輸出端口的相差變化，同時(shí)保持幅度不變。)本實(shí)用新型的功分移相器的狀態(tài)數(shù)為四，四個(gè)加載支節(jié)對稱的安裝在功分環(huán)的兩偵牝位于功分環(huán)同一側(cè)的加載支節(jié)的長度不同，二者的長度差決定了輸出的等差相位的變化量，加載短支節(jié)的長度為0. 5^1. 5mm，加載長支節(jié)的長度為3_4mm。(每個(gè)狀態(tài)對應(yīng)加載一個(gè)支節(jié)，形成一定相位的等差相位分布，如設(shè)等差相位為thetal，加載另一個(gè)支節(jié)是也是形成等差相位分布，設(shè)等差相位為theta2，只是等差相位的值不同，那么著兩個(gè)支節(jié)的長度差決定了兩個(gè)狀態(tài)的等差相位的差值，即theta2- thetal)本實(shí)用新型中，當(dāng)同一側(cè)的相鄰兩個(gè)加載支節(jié)長度差為(T4mm時(shí)，相鄰輸出端口的相位差為0° 20°。本實(shí)用新型的加載支節(jié)的線寬均為0. 2 0. 6mm,位于同一側(cè)的任意兩加載支節(jié)的距離小于2謹(jǐn)。本實(shí)用新型的功分移相器的輸入線、輸出線的線寬均為0. ri. 2mm。本實(shí)用新型中，各加載支節(jié)上的開關(guān)與功分環(huán)的距離均為I. ri. 8mm。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型基于傳輸線加載支節(jié)后的非線性色散特性，在一種具有功分功能的微帶結(jié)構(gòu)上，通過開關(guān)控制加載支節(jié)實(shí)現(xiàn)功分與等差相位信號輸出。等差相位的大小取決于加載支節(jié)的電長度。該功分移相器的結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)兼有功分與移相的功能。

圖I為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖2為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖。圖3為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖4為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第一個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)示意圖。[0025]圖5為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第一個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)S(2，I)相位示意圖。圖6為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第二個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)示意圖。圖7為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第二個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)S(2，I)相位示意圖。圖8為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第三個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)示意圖。圖9為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第三個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)S(2，I)相 位示意圖。圖10為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第四個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)S示意圖。圖11為本實(shí)用新型功分移相器的實(shí)施例I第四個(gè)工作狀態(tài)的散射參數(shù)S(2,1)相位示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖I所示，一種功分移相器，它為一個(gè)功分環(huán)和兩個(gè)耦合環(huán)構(gòu)成的混合環(huán)結(jié)構(gòu)，所述的功分環(huán)的輸入端作為功分移相器的輸入，功分環(huán)的輸出連接兩個(gè)并聯(lián)的耦合環(huán)，耦合環(huán)的輸出端作為功分移相器的輸出，所述的功分環(huán)上設(shè)有用于控制多個(gè)輸出狀態(tài)的多個(gè)對應(yīng)的加載支節(jié)14，各加載支節(jié)14上分別設(shè)有一開關(guān)15，通過開關(guān)15控制對應(yīng)加載支節(jié)14實(shí)現(xiàn)各狀態(tài)的功分與等差相位信號輸出。如圖2所示，本實(shí)用新型的功分移相器是在PCB板上設(shè)計(jì)的；PCB從上至下依次為第一導(dǎo)體層16、介質(zhì)層17和第二導(dǎo)體層18，位于中間的介質(zhì)層17的介電常數(shù)大于1，第二導(dǎo)體層18為地,第一導(dǎo)體層16為微帶電路即功分移相器。PCB的第一導(dǎo)體層16和第二導(dǎo)體層18為導(dǎo)體銅，厚度為0. 004mm,介質(zhì)層17的厚度為0. 127mnTlmm。本實(shí)用新型的各狀態(tài)對應(yīng)的等差相位相位差的大小取決于與狀態(tài)對應(yīng)的加載支節(jié)14的電長度。加載支節(jié)14的個(gè)數(shù)與功分移相器的狀態(tài)數(shù)相等，功分移相器的狀態(tài)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，多個(gè)加載支節(jié)14對稱的安裝在功分環(huán)的兩側(cè)。(因?yàn)閿?shù)字式移相狀態(tài)數(shù)為偶數(shù)，所以這里我們設(shè)計(jì)成偶數(shù)個(gè)狀態(tài)。對稱安裝在功分環(huán)的兩側(cè)是根據(jù)設(shè)計(jì)思想而來由于結(jié)構(gòu)對稱性，對稱安裝相同長度的支節(jié)實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)相同的等幅與反向的等差相位輸出，那么在對稱加載相同長度支節(jié)的兩個(gè)狀態(tài)的切換即可實(shí)現(xiàn)相鄰輸出端口的相差變化，同時(shí)保持幅度不變。)當(dāng)同一側(cè)的相鄰兩個(gè)加載支節(jié)14長度差為Olmm時(shí)，相鄰輸出端口的相位差變化量為0° ^20°。加載支節(jié)14的線寬均為0. 2^0. 6mm，位于同一側(cè)的任意兩加載支節(jié)14的距離小于2謹(jǐn)。本實(shí)用新型的功分移相器的輸入線I、輸出線2-5的線寬均為0. ri. 2mm。本實(shí)用新型中，各加載支節(jié)14上的開關(guān)15與功分環(huán)的距離均為I. ri. 8mm。實(shí)施例一如圖1、2、3所示，左手微帶傳輸線移相器是在PCB板上設(shè)計(jì)的，采用Rogers RT/Duroid 5880介質(zhì)基板；PCB的第一層、第三層為導(dǎo)體銅，厚度為(0. 004mm)，由第三層的金屬構(gòu)成左手傳輸線的地1，中間層為介電常數(shù)2. 2的介質(zhì)層2，厚度為0. 254_。I為輸入端口，2、3、4、5為輸出端口，線寬均為0. 78mm。[0040]功分移相器的狀態(tài)數(shù)以四為例，四個(gè)加載支節(jié)14對稱的安裝在功分環(huán)的兩側(cè)，位于功分環(huán)同一側(cè)的加載支節(jié)的長度不同，二者的長度差決定了輸出的相位差。功分環(huán)的寬邊6、7的線寬0.78mm，功分環(huán)的長邊11、12長度即寬邊6、7的距離為6. 22mm。耦合環(huán)的寬邊8、9、10的線寬0. 6mm ;耦合環(huán)的長邊長度即寬邊8與9，寬邊9與10距離為3. 22。功分環(huán)的長邊11的線寬為I. 00_，功分環(huán)的長邊12的線寬為I. 10_，兩耦合環(huán)的長邊13線寬為0. 78mm ;功分環(huán)的長邊11與12距尚即功分環(huán)的寬邊6、7的長度為5. 4mm,耦合環(huán)的寬邊8、9、10的長度即耦合環(huán)的長邊12與13距離3. 1mm。
加載短支節(jié)的長度為0. 8mm,加載長支節(jié)的長度為3. 5mm。在功分器兩側(cè)對稱加載。加載長支節(jié)的末端距功分器5. 2mm,加載短支節(jié)的末端距功分器2. 6mm。開關(guān)15與功分器距離均為1.6_。調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)中的輸出傳輸線的長度可以使得第一個(gè)工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)等幅同相位輸出，其余狀態(tài)實(shí)現(xiàn)等幅等差相位輸出。表一為本實(shí)用新型功分移相器實(shí)施例I工作狀態(tài)定義表。
權(quán)利要求1.一種功分移相器，其特征是它為ー個(gè)功分環(huán)和兩個(gè)耦合環(huán)構(gòu)成的混合環(huán)結(jié)構(gòu)，所述的功分環(huán)的輸入端作為功分移相器的輸入，功分環(huán)的輸出連接兩個(gè)并聯(lián)的耦合環(huán)，耦合環(huán)的輸出端作為功分移相器的輸出，所述的功分環(huán)上設(shè)有用于控制多個(gè)輸出狀態(tài)的多個(gè)對應(yīng)的加載支節(jié)(14)，各加載支節(jié)(14)上分別設(shè)有ー開關(guān)(15)，通過開關(guān)(15)控制對應(yīng)加載支節(jié)(14)實(shí)現(xiàn)各狀態(tài)的功分與等差相位信號輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功分移相器，其特征是所述的功分移相器是在PCB板上設(shè)計(jì)的；PCB從上至下依次為第一導(dǎo)體層(16)、介質(zhì)層(17)和第二導(dǎo)體層(18)，位于中間的介質(zhì)層(17)的介電常數(shù)大于1，第二導(dǎo)體層(18)為地，第一導(dǎo)體層(16)為微帶電路即功分移相器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功分移相器，其特征是所述的PCB的第一導(dǎo)體層(16)和第二導(dǎo)體層(18)為導(dǎo)體銅，厚度為0. 001^0. Olmm,介質(zhì)層(17)的厚度為0. 127mnTlmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功分移相器，其特征是所述的各狀態(tài)對應(yīng)的等差相位相位差的大小取決于與狀態(tài)對應(yīng)的加載支節(jié)(14)的電長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功分移相器，其特征是所述的加載支節(jié)(14)的個(gè)數(shù)與功分移相器的狀態(tài)數(shù)相等，功分移相器的狀態(tài)數(shù)為偶數(shù)吋，多個(gè)加載支節(jié)(14)対稱的安裝在功分環(huán)的兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功分移相器，其特征是所述的功分移相器的狀態(tài)數(shù)為四，四個(gè)加載支節(jié)(14)対稱的安裝在功分環(huán)的兩側(cè)，位于功分環(huán)同一側(cè)的加載支節(jié)的長度不同，二者的長度差決定了相應(yīng)兩個(gè)狀態(tài)的輸出的等差相位的變化量，加載短支節(jié)的長度為0. 5^1. 5mm,加載長支節(jié)的長度為3_4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的功分移相器，其特征是當(dāng)同一側(cè)的相鄰兩個(gè)加載支節(jié)(14)長度差為(T4mm時(shí)，相鄰輸出端ロ的等差相位變化量為0° ^20°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功分移相器，其特征是所述的加載支節(jié)(14)的線寬均為0.2^0. 6_，位于同一側(cè)的任意兩加載支節(jié)(14)的距離小于2_。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功分移相器，其特征是所述的功分移相器的輸入線(I)、輸出線(2-5)的線寬均為0. 4 I. 2mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功分移相器，其特征是各加載支節(jié)(14)上的開關(guān)(15)與功分環(huán)的距離均為I. ri. 8mm。
專利摘要一種功分移相器，它為一個(gè)功分環(huán)和兩個(gè)耦合環(huán)構(gòu)成的混合環(huán)結(jié)構(gòu)，所述的功分環(huán)的輸入端作為功分移相器的輸入，功分環(huán)的輸出連接兩個(gè)并聯(lián)的耦合環(huán)，耦合環(huán)的輸出端作為功分移相器的輸出，所述的功分環(huán)上設(shè)有用于控制多個(gè)輸出狀態(tài)的多個(gè)對應(yīng)的加載支節(jié)(14)，各加載支節(jié)(14)上分別設(shè)有一開關(guān)(15)，通過開關(guān)(15)控制對應(yīng)加載支節(jié)(14)實(shí)現(xiàn)各狀態(tài)的功分與等差相位信號輸出。本實(shí)用新型基于傳輸線加載支節(jié)后的非線性色散特性，在一種具有功分功能的微帶結(jié)構(gòu)上，通過開關(guān)控制加載支節(jié)實(shí)現(xiàn)功分與等差相位信號輸出。等差相位的大小取決于加載支節(jié)的電長度。該功分移相器的結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)兼有功分與移相的功能。
文檔編號H01Q3/32GK202423557SQ20122000074
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者朱旗, 邢紅兵 申請人:鎮(zhèn)江中安通信科技有限公司