L波段4位數(shù)字式移相器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用在相控陣雷達、導(dǎo)彈姿態(tài)控制、智能天線通信系統(tǒng)、制導(dǎo)和儀器等電子系統(tǒng)設(shè)備中的電子部件，特別是一種微波寬帶低插損數(shù)字式移相器。
【背景技術(shù)】
[0002]在專利【1】【2】【3】均采用不同的技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)字式移相器的小型化，【1】采用集總元件實現(xiàn)移相器的小型化及寬帶特性，但是其移相角度最大僅為90°，而且插入損耗過大，大于3dB ;【2】采用機械式移相，缺點是反應(yīng)時間長，可靠性差；【3】采用MEMS作為開關(guān)式移相器的開關(guān)，但是開關(guān)式移相器固有的缺陷會導(dǎo)致移相器工作帶寬較窄。
[0003]【1】微波毫米波1-22GHZ小型化超寬帶低損耗0-90°移相器，公布號CN102176523 A
[0004]【2】小型化TD-SCDMA電調(diào)智能天線移相器，公開號CN101651242 A
[0005]【3】一種基于MEMS電容電感移相單兀的開關(guān)線型移相器,公布號CN102509816相控陣雷達因其具有可實現(xiàn)波束快速掃描、空間功率合成、波束形狀可快捷變換等優(yōu)點在軍事及民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而數(shù)字式移相器作為相控陣雷達系統(tǒng)中收發(fā)組件的核心組成部分，其技術(shù)性能對相控陣雷達系統(tǒng)的整體性能具有重要影響。數(shù)字式移相器的主要技術(shù)指標有:1)工作頻率帶寬；2)相移位數(shù)；3)相移量；4)相移精度；5)插入損耗；6)各態(tài)插入損耗差；7)各態(tài)輸入和輸出端電壓駐波比；8)開關(guān)速度；9)電路尺寸。傳統(tǒng)開關(guān)線式移相器頻帶窄，插入損耗大，受限于微波開關(guān)的最大功率容量，使得開關(guān)線式移相器的功率容量較??；傳統(tǒng)加載線式移相器尺寸較大，且隨著移相量的增加，工作頻帶逐漸變窄，插入損耗也會隨之增加；鐵氧體移相器體積大，響應(yīng)時間長；機械式移相器的反應(yīng)時間長，體積與重量都較大，而且由于機械結(jié)構(gòu)的存在使得可靠性差。如何實現(xiàn)帶寬較寬、體積小、損耗低、功率容量大且性能穩(wěn)定的移相器成為研究的熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種電路拓撲結(jié)構(gòu)簡單可靠、加工方便、工作頻帶寬、插入損耗小、移相精度高、尺寸小、成本低的0°?360°的4位數(shù)字式移相器。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種微波4位數(shù)字式移相器，其特征在于:包含4個單元移相結(jié)構(gòu)電路，4個單元移相結(jié)構(gòu)電路均采用改進型加載線式移相拓撲結(jié)構(gòu)；該移相器由22.5°、45°、90°、180°相移單元電路級聯(lián)構(gòu)成，其級聯(lián)順序是綜合各個單元尺寸與整體尺寸要求布局決定的，可以靈活調(diào)整。該移相器以22.5°為相移步進值，在0°?360°的范圍內(nèi)可實現(xiàn)16種相移狀態(tài)，22.5°和45°移相結(jié)構(gòu)單元采用慢波結(jié)構(gòu)與加載線式結(jié)構(gòu)，90°和180°移相單元采用多支節(jié)加載技術(shù)及蜿蜒線結(jié)構(gòu)；該微波4位數(shù)字式移相器的信號輸入端接180°移相單元電路，然后依次接90°、22.5°、45°移相單元電路，最后45°單元移相電路接信號輸出端口。本發(fā)明中所有的加載線式移相器所采用的開關(guān)用梁式PIN管來實現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點:1、工作頻帶寬，相對帶寬達到18.3%，而普通的移相器其工作相對帶寬為10% ;2、各態(tài)插入損耗小，在本發(fā)明的移相器的各個移相狀態(tài)中，最大插入損耗< 15dB ;3、尺寸小，移相器的整體長度< 0.76Ag，整體寬帶< 0.29 λ g ;4、功率容量大；5、加工簡單方便；6、成本低。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器的整體結(jié)構(gòu)框圖。
[0010]圖2是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器的相移位為180°的電路圖。
[0011]圖3是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器的相移位為90°的電路圖。
[0012]圖4是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器中的慢波傳輸線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖5是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器中的慢波傳輸線等效電路。
[0014]圖6是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器的相移位為22.5°的電路圖。
[0015]圖7是本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器的相移位為45°的電路圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0017]本發(fā)明L波段4位數(shù)字式移相器，包含4個單元移相結(jié)構(gòu)電路，4個單元移相結(jié)構(gòu)電路均采用改進型加載線式移相拓撲結(jié)構(gòu)；該移相器由22.5°、45°、90°、180°相移單元電路級聯(lián)構(gòu)成，其級聯(lián)順序是綜合各個單元尺寸與整體尺寸要求布局決定的，該移相器以22.5°為相移步進值，在0°?360°的范圍內(nèi)可實現(xiàn)16種相移狀態(tài)，22.5°和45°移相結(jié)構(gòu)單元采用慢波結(jié)構(gòu)與加載線式結(jié)構(gòu)，90°和180°移相單元采用多支節(jié)加載技術(shù)及蜿蜒線結(jié)構(gòu)；該微波4位數(shù)字式移相器的信號輸入端接180°移相單元電路，然后依次接90°、22.5°、45°移相單元電路，最后45°單元移相電路接信號輸出端口。
[0018]結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明的L波段4位數(shù)字式移相器，包含相移量為180°的單元移相電路，此單元電路為多支節(jié)加載移相電路。該單元電路由信號輸入端INPUT、信號輸出端 OUTPUT、蜿蜒線主干路 SL、加載支節(jié) Bsl、BS2、BS3、BS4、BS5、Bn、B12、B13、B14 和 B15、PIN 管開關(guān)Psi>Ps2> Ps3、Ps4> Ps5 以及直流偏置電路組成，其中加載支節(jié) BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、Bn、B12、b13、B14和B15可直可彎曲，為了減小移相器尺寸，采用彎曲加載支節(jié)最佳；該單元電路信號輸入端INPUT接蜿蜒線主干路SL，主干路SL的末端與輸出端口 OUTPUT相連，主干路SL由四部分組成ALp SL2、SL3、SL4，加載支節(jié)BS1與SQ開始端相連，加載支節(jié)BS2、BS3、BS4分別在SLi與SL2、SL2與SL3、SL3與SL4相接處于主干路相連，加載支節(jié)BS3與SL4的末端相連；PIN管開關(guān)Psl、Ps2> Ps3、Ps4> Ps5的陰極分別與加載支節(jié)BS1、bS2、bS3、bS4、bS5的末端相連，陽極分別與加載支節(jié)Bn、B12、B13、B14、B15相連；電阻&、電容Q、電感Q及接地孔共同組成直流偏置電路DQ控制PIN管開關(guān)PS1的導(dǎo)通與截止，其中i = 1，2，3，4，5。
[0019]結(jié)合圖1和圖3，本發(fā)明的L波段4位數(shù)字式移相器，包含相移量為90°的單元移相電路，此單元電路仍為多支節(jié)加載移相電路。該單元電路由信號輸入端INPUT、信號輸出端OUTPUT、蜿蜒線主干路SL、加載支節(jié)BS1、BS2、BS3、Bn、B12和B13、PIN管開關(guān)Psl、Ps2、Ps3以及直流偏置電路組成。其中加載支節(jié)BS1、BS2、BS3、Bn、B12、B13可直可彎曲，為了減小移相器尺寸，采用彎曲加載支節(jié)最佳；該單元電路信號輸入端INPUT接蜿蜒線主干路SL，主干路SL的末端與輸出端口 OUTPUT相連，主干路SL由兩部分組成JLp SL2，加載支節(jié)BS1與SQ開始端相連，加載支節(jié)BS2在SQ與SL2相接處于主干路相連，加載支節(jié)BS3與SL2的末端相連；PIN管開關(guān)Psl、Ps2、Ps3的陰極分別與加載支節(jié)BS1、BS2、BS3的末端相連，陽極分別與加載支節(jié)Bn、B12、B13相連；電阻民、電容Q、電感L,及接地孔共同組成直流偏置電路DQ控制PIN管開關(guān)PS1的導(dǎo)通與截止，其中i = 1，2，3。
[0020]結(jié)合圖1、圖4、圖5和圖7，本發(fā)明的L波段4位數(shù)字式移相器，包含相移量為22.5°的單元移相電路，此單元電路為主干路為慢波線結(jié)構(gòu)的加載線式移相電路。微帶線/帶狀線的寬度會影響其特性阻抗，進而影響其等效電感和電容的大小，增加微帶線/帶狀線的寬度可以減小特性阻抗，提高其等效電容；減小寬度可以增加特性阻抗，提高其等效電感。因此，窄的微帶線/帶狀線呈感性，寬的微帶線/帶狀線呈容性，除階梯不連續(xù)處引入的寄生電感和電容外，磁場能量主要集中在呈感性的窄微帶線/帶狀線處，電場能量主要集中在呈容性的寬微帶線/帶狀線處，故該慢波結(jié)構(gòu)可以等效為串聯(lián)電感與并聯(lián)電容周期級聯(lián)的等效電路。與普通微帶線/帶狀線相比，其等效電容和電感大大增加，這樣，相速度就會大幅減小，工作頻率不變，傳播常數(shù)大大增加。使用該結(jié)構(gòu)，便可用較小的物理長度實現(xiàn)比普通微帶線/帶狀線大的多的相移。利用慢波線替代傳統(tǒng)的微帶線/帶狀線，在不影響移相器其他性能的情況下，可以明顯減小移相器主干路的長度及面積，本發(fā)明中應(yīng)用的慢波線為周期性的高低阻抗線構(gòu)成，與普通微帶線相比，長度縮減了 50%。該單元電路由信號輸入端INPUT、信號輸出端OUTPUT、慢波線主干路SW、加載支節(jié)BS1、BS2、Bn和B12、PIN管開關(guān)Psl、Ps2以及直流偏置電路組成。該單元電路信號輸入端INPUT接慢波線主干路SW，慢波線主干路SW的末端與輸出端口 OUTPUT相連，加載支節(jié)BS1、BS2分別在慢波線干路SW的兩端與SW并聯(lián)，PIN管開關(guān)Psl、Ps2的陰極分別與加載支節(jié)BS1、BS2的末端相連，陽極分別與加載支節(jié)Bn、B12、b13相連；電阻民、電容Q、電感L,及接地孔共同組成直流偏置電路DQ控制PIN管開關(guān)PS1的導(dǎo)通與截止，其中i = 1