3G波段四位数字移相器
X波段0.18 μm CMOS 5位数字移相器
X波段0.18 μm CMOS 5位数字移相器刘志芹;毛陆虹【摘要】设计了一款应用于相控阵雷达系统,工作频段8 GHz～12 GHz,中心频率为10 GHz的5位数字移相器,该移相器采用UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计实现.五位移相单元分别为11.25°、22.5°、45°、90°和180°,其中180°移相单元采用高-低通滤波器型结构,其余移相单元采用低通π型滤波器结构.通过合理选择参数模型和拓扑结构,优化版图布局设计,实现了电路性能并给出仿真结果.在工作频率范围内,32种移相状态的相位均方根误差＜1.08°,幅度均方根误差＜1.14dB,插入损耗值保持在14 dB～20 dB范围内,版图尺寸为2.85×1.15 mm2.【期刊名称】《天津理工大学学报》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】相控阵雷达;数字移相器;高-低通滤波器;0.18μm CMOS工艺【作者】刘志芹;毛陆虹【作者单位】天津大学电子信息工程学院,天津300072;天津大学电子信息工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TN432移相器是相控阵雷达系统T/R组件的重要组成部分［1］，用来改变信号的传输相位.它对于通信设备、雷达系统有着不可忽视的重要作用［2］，决定着整个系统性能的好坏.移相器一般分为模拟式和数字式两类，数字移相器［3］由于不受电压和温度变化的影响而广泛应用于相控阵雷达中.它有多种实现方法，比较常用的有开关线型、加载线型、反射型以及高-低通滤波器型［4］.移相器拓扑结构的选择需要根据具体的设计指标来确定，高精度、高性能、低成本是移相器设计者所追求的.本文基于0.18 μm CMOS工艺设计了一款X波段5位数字移相器，工作频率为8 GHz～12 GHz，文中介绍了具体实现方法并给出仿真结果.5位数字移相器由11.25°、22.5°、45°、90°、180° 5个基本的移相单元组成.MOS管是移相器功能实现的关键，控制MOS管的通断可以实现移相单元在基态和移相态间切换，从而获取所需的相移.1.1 移相器的设计原理MOS管工作在无源状态，栅极加隔离电阻避免源、漏间信号通过栅极泄露到地，控制栅极偏置电压改变源漏间电阻和器件寄生.本文栅极控制电压分别是0 V、1.8 V，当栅极电压为1.8 V时，MOS管可以等效成一个很小的电阻；当栅极电压为0 V时，MOS管则等效成一个电阻和一个电容并联，如图1所示.MOS管的选取直接决定每位移相单元的性能指标，为满足不同的设计要求需要对MOS管参数进行详细设定.1.2 移相器的拓扑结构及实现移相器常见的4种拓扑结构分别是开关线型、加载线型、反射型以及高-低通滤波器型，移相器拓扑结构的选择根据设计指标确定.开关线型移相器电路结构简单，方便设计，但容易产生谐振，导致插入损耗增大，影响移相精度；加载线型移相器结构简单，适用于小移相位单元窄带电路的设计；反射型移相器工作频带宽，移相精度高，只是耦合线的使用导致插入损耗和芯片面积都会增大；高-低通滤波器型移相器可以实现宽频带相移，具有良好的平坦度，这种结构目前应用比较广泛，相比之下电路设计相对复杂［5］.文中11.25°、22.5°、45°和90°移相单元采用低通π型滤波器结构，如图2所示.Vp= 1.8 - Vn，MOS管导通时等效成电阻，截止时等效成电阻和电容并联. 当M1导通时，M2截止，L2与M2的截止等效电容并联，串联电容C与M1的等效电阻并联.当M1截止M2导通时，形成一个π型等价低通网络.相位Φ可以表示为由此可得180 °移相单元电路采用高-低通滤波器型结构，其工作原理如下：对于图3（a）所示的T型低通结构，它的ABCD归一化矩阵如下：散射矩阵为相位Φ1表示为当输入输出匹配时S11= S22= 0，且无损耗时S21= S12= 1，得由π型网络与T型网络的对称性可以得到π型低通、高通结构的LC值.对于图3（d）所示的高通结构，若相位为Φ2，采用相似的分析可知LC分别为当信号通过低通滤波器时，相位Φ1滞后，滞后相位随频率的升高而增大；信号通过高通滤波器时，相位Φ2超前，超前相位随频率的升高而减小，低通、高通滤波器的相位变化互相补偿［6］，由此保证相位差值ΔΦ=Φ2-Φ1在一定的频率范围内为定值.本文设计的5位数字移相器经过优化级联顺序，得到的最终电路原理图如图4所示：图5显示的是5位数字移相器级联之后的版图照片，面积是2.85×1.15 mm2，控制输入信号依次获得步进值为11.25的0°到360°中32种不同的移相状态.对X波段5位数字移相器进行后仿，图6为32种相对相移量随频率的变化曲线，图7为移相器的插入损耗，32种状态的插损均小于-14 dB，插损越小表示信号产生的寄生幅度越小，有利于提升电路的整体性能；图8为输入输出回波损耗，即反射信号的损耗，为避免对前后电路性能的影响，要求回波损耗越小越好；图9相位均方根误差＜1.08°，幅度均方根误差＜1.14 dB，表1为国内外同类产品的性能对比，由结果可知，所设计的0.18 μm CMOS 5位数字移相器在保证性能与成本的前提下，实现了优异的相位、幅度移相精度.采用0.18 μm CMOS工艺设计了一个X波段5位数字移相器.其中，11.25°、22.5°、45°和90°移相单元采用低通π型滤波器结构，180°移相单元电路采用高-低通滤波器型结构.通过控制输入信号依次获得步进值为11.25的0°到360°中32种不同的移相状态，32种状态的插入损耗保持在14 dB～20 dB范围内，相位均方根误差＜1.08°，幅度均方根误差＜1.14 dB，结果表明所设计的移相器具有优异的移相精度和较小的损耗，可广泛应用于高精度、低成本的雷达系统中.【相关文献】［1］Donald J H. Solid state transmit/receive module for the PAVE PAWS phased array radar［J］. Microwave Journal，1978，17（4）：33-35.［2］Cohen E D. Trens in the development of MMICs and packages for active electronically scanned arrays（AESAs）［C］// IEEE International Symposium. Phased Array System and Technology. Boston，MA：IEEE，1996.［3］伍祥冰. C波段GaAs单片6位移相器［J］.半导体情报，1998，35（4）：29-32.［4］廖承恩.微波技术基础［K］.西安：西安电于科技大学出版社，1994.［5］齐步坤.数字式移相器电路研究［J］.电子世界，2013（3）：3-4.［6］邵哲，彭浩，张玉兴，等. UHF波段六位数字移相器的研究与实现［J］.中国电子科学研究院学报，2009（2）：161-164.［7］Donghyup S，Rebeiz G M. Low-power low-noise 0.13 μm CMOS X-band phased array receivers［C］//Microwave Symposium Digest（MTT）. 2010 IEEE MTT-S International. Anaheim，CA：IEEE，2010.［8］Comeau J P，Morton M A，Kuo W M L，et al. A silicon-germanium receiver for X -band transmit/receive radar modules［J］. Ieee Journal Of Solid-State Circuits，2008，43 （9）：1889-1896.［9］Thrivikraman T K，Kuo W M L，CresslerJ D，et al. A twochannel，ultra-low-power，SiGe BiCMOS receiver frontend for X-Band phased array radars［C］//Proceedings of the 2009 Bipolar/Bicmos Circuits and Technology Meeting. BCTM 2009. Capri：IEEE，2009. ［10］Jin K Kwang，Rebeiz G M. A 6-18 GHz 5-bit active phase shifter［C］//Microwave Symposium Digest（MTT）. 2010 IEEE MTT-S International. Anaheim，CA：IEEE，2010.。
功分器、定向耦合器及应用简介
2.5.2 三分支线定向耦合器 （Three-Branch Coupler）
图2.8为三分支线定向耦合器。三分支 线定向耦合器的带宽比双分支线定向耦 合器宽，相对带宽为20%。 三分支线定向耦合器也有图2.1 1类定 向耦合器的理想方向性。 S12=S21=0
2.5.3 集总参数分支线lkinson功分器输出端所加隔离电阻 为输出端提供了很高的隔离度。但在高 频应用中，隔离电阻的寄生电抗将造成 严重问题。因为隔离电阻的几何尺寸和 波长相比拟，在大功率应用中，为了承 受大的功率，电阻的几何尺寸也必须很 大，电阻的寄生电抗则降低了功分器的 性能，不仅使隔离度、电压驻波比变坏， 而且增加了插损。
2.2 用途
在那些微波器件中会使用定向耦合器， 定向耦合器在如下所示许多微波器件中 都有应用。 平衡混频器 平衡放大器 功分器/合成器 移相器 衰减器 调制器 鉴频器（鉴相器）（Discriminators） 天线阵的馈电网络
2.3定向耦合器参数的定义
如图2.1（a）所示，定向耦合器是一个 四端口网络。假定从端口1为输入端，端 口3为输出端，端口4为耦合端，端口2为 隔离端。假定P1为端口1的输入功率, P1’ 是从端口1反射回来的功率。P2、P3、P4 分别是输出端口3、耦合端口4、隔离端 口2的输出功率。
图1.6
为了比较，图1.6（a）为同频常规3dB 功分器的形状和大小。相对图1.6（a）常 规设计，图1.6（b）所示3dB功分器等效 矩形面积比图（a）减少40%，图1.6（c） 则减少37% 。 为了减少功分器的尺寸，可以采用电 容加载技术，图1.7就是缩短尺寸2功分器 的一种结构形式。图中功分臂的特性阻 抗Z01及加载电容C1、C2可由下式求出：
λ/4
3、缩小尺寸的3dB Wilkinson功分器
HDYX-Ⅲ综合移相器
HDYX-Ⅲ综合移相器的使用说明书尊敬的顾客感谢您购买本公司HDYX-Ⅲ综合移相器。
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一年（包括一年）内如产品出现缺陷，实行免费维修。
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为了避免可能发生的危险，本产品只可在规定的范围内使用。
只有合格的技术人员才可执行维修。
—防止火灾或人身伤害使用适当的电源线。
只可使用本产品专用、并且符合本产品规格的电源线。
正确地连接和断开。
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产品接地。
本产品除通过电源线接地导线接地外，产品外壳的接地柱必须接地。
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注意所有终端的额定值。
为了防止火灾或电击危险，请注意本产品的所有额定值和标记。
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使用适当的保险丝。
只可使用符合本产品规定类型和额定值的保险丝。
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如怀疑本产品有损坏，请本公司维修人员进行检查，切勿继续操作。
请勿在潮湿环境下操作。
请勿在易爆环境中操作。
开关与移相器
插入损耗和隔离度
R 1 R 2 1 X 2 IL 1 ( ) ( ) Z0 4 Z0 4 Z0
注：键合带有电感
并联结构和等效电路
插入损耗和隔离度
G 1 G 2 1 B 2 IL 1 ( ) ( ) Y0 4 Y0 4 Z0
器件电抗补偿 以并联安装为例， 在高阻态下，可以 一高阻和一小电容 并联来等效，总导 纳可用一感性电纳 来降低 插入损耗和隔离度改 写为：
主线安装型
短节线安装型，可实现宽带
输入 Y0 Y 02 接地孔
Y 01
Y0 Y 02
输出
偏置
(a)
(b)
图 11-44 加载线相移器
中等相移单元可以用三节加载线,如 图11-44（b）所示。大相移单元可以用 分支线耦合器或环形桥。
22.5°
45°
90°
180°
图 11-46 微带线四位相移器
t1 t1
t2
偏置
t2
(a)
(b)
2
g
(l1 Байду номын сангаасl2 )
图 11-43 开关线相移器
谐振问题
开关线相移器的等效电路
避免的办法：合适选择传 输线的长度，或开路端接 匹配负载
加载线相移器， 产生相移的电纳 引入了反射
改进的加载线相 移器
各种加载线相移器在两种状态电纳取不同值，需用不同电 路结构来实现
1 ( Z 0 Z h )( Z 0 Z l ) 隔离度 1 ( Z 0 Z h )( Z 0 Z l ) IL 2 2Z 0 Zl 2 2Z 0 Z h
2
2
注：串、并联开关在隔离度上有了很大改善，在插损 上比串联开关好是因为它降低了反射损耗
3.2调制与解调技术
sFSK
(t)
cos(ct
akd
t
k
)
cos
ct
ak
h
Tb
t
k
cosct k (t)
式中 k (t) ak
h
Tb
k
称作附加相位。
kTb t (k 1)Tb
产生2FSK信号两种不同的方法：开关切换方法（相 位不连续）和调频（相位连续），如图3.3
功率谱 ：BPSK 信号是一种线性调制，当基带波形为NRZ 码时，其功率谱如图3.23所示。
0 dB
- 10 - 20 - 30 - 40
fc-2Rb fc-Rb fc fc+Rb fc+2Rb 图 3.23 NRZ基带信号的BPSK信号功率谱
如图，基带波形为NRZ码时 BPSK信号有较大的副瓣 ，副瓣的总功率约占信号的总功率10%，带外辐射严重
调制技术的选择对数字蜂窝移动系统的容量有直 接的影响，它通过每赫兹每秒比特数(b/s•hz-1)决定 着单物理信道得带宽效率。
3.5 QPSK调制
3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4
二相调制BPSK 四相调制QPSK 偏移QPSK—OQPSK π/4-QPSK
3.5.1 二相调制BPSK
这两种相位特性不同的FSK信号波形如图3.4所 示。
b(t) 0 1 1 0 1 10 10 0 0
b(t)
b(t)
1 0 1 1 0 1 10 10 0
2co) s(b(12t)t 20 ) 1 1 0 0
b(t)
(t) 1 (t)0 1 1 0 0
毫米波四位数字移相器设计 (2)
毫米波四位数字移相器设计张大炜，延波，徐锐敏电子科技大学电子工程学院，成都（610054）E-mail ：microwavezhang@摘 要：本文以Ka 波段数字移相器为例，经过分析和试验研究，采用加载线和反射型移相方式，并利用PIN 二极管作为开关元件，实现了在毫米波频率（33.9GHz ～34.5GHz ）工作的四位数字移相器。
此移相器具有低插入损耗，低相位误差以及电压驻波小等特点。
关键词：毫米波，数字移相器，加载线，3dB 支线耦合器1. 引言毫米波介于微波与红外激光之间[1]，一般指的是波长介于 1~10mm 的一段电磁波频谱，其相应的频率范围为 30~300GHz 。
本文设计的移相器位于Ka 波段。
Ka 波段就是指频率范围在26.5－40GHz 的电磁波。
移相器在移动通信、电子战、相控阵和智能天线中得到了广泛的应用[1]。
在微波频率，设计数字式移相器有三种不同的方法。
一种方法是用铁磁性材料的特性以获得可变换的相移。
第二种设计数字移相器的主要手段是利用半导体器件。
根据所用的半导体器件的不同，又可以分为PIN 二极管移相器和FET 场效应管移相器。
最后一种方法是利用新兴技术微电子机械实现的MEMS 移相器。
常用的半导体数字移相器电路有五种[4] [2]:开关线移相器、负载线移相器、反射式移相器、谢夫曼(schifman)移相器(3)和平衡式移相器。
开关线移相器是利用移相线和参考线的电长度的不同实现相移。
负载线移相器是利用其并联支节的开路接地和短路接地的不同来实现。
加载线型移相器的工作带宽窄，因此这种移相器多用在较小的相移量情况。
反射式移相器是在微波传输线的终端接有可变反射系数的元件构成的。
在微带式移相器中，分隔输入信号和输出信号的网络多采用分支电桥或定向耦合器。
谢夫曼移相器是利用谢夫曼观察到的耦合线的相移响应具有色散特性这一特点研制的宽带移相器.平衡式移相器是利用路径完全相同的两条通道.而且两只PIN 开关总是一只通、一只断，使两种相移状态保持相等损耗，因而从原理上讲不产生寄生调幅。
射频基础知识培训
射频基础知识培训1、无线通信基本概念利用电磁波的辐射和传播,经过空间传送信息的通信方式称之为无线电通信（Wireless Communication），也称之为无线通信.利用无线通信可以传送电报、电话、传真、数据、图像以及广播和电视节目等通信业务.目前无线通信使用的频率从超长波波段到亚毫米波段（包括亚毫米波以下），以至光波。
无线通信使用的频率范围和波段见下表1—1表1—1 无线通信使用的电磁波的频率范围和波段由于种种原因,在一些欧、美、日等西方国家常常把部分微波波段分为L 、S 、C 、X 、Ku 、K 、Ka 等波段（或称子波段),具体如表1 — 2所示表1-2 无线通信使用的电磁波的频率范围和波段无线通信中的电磁波按照其波长的不同具有不同的传播特点，下面按波长分述如下:1。
1 极长波（极低频ELF ）传播极长波是指波长为1~10万公里（频率为3～30Hz)的电磁波。
理论研究表明，这一波段的电磁波沿陆地表面和海水中传播的衰耗极小. 1.2 超长波(超低频SLF)传播超长波是指波长1千公里至1万公里（频率为30～300Hz）的电磁波。
这一波段的电磁波传播十分稳定，在海水中衰耗很小（频率为75Hz时衰耗系数为0。
3dB/m）对海水穿透能力很强，可深达100m以上。
1。
3 甚长波(甚低频VLF）传播甚长波是指波长10公里～100公里(频率为3~30kHz）的电磁波。
无线通信中使用的甚长波的频率为10～30kHz，该波段的电磁波可在大地与低层的电离层间形成的波导中进行传播，距离可达数千公里乃至覆盖全球.1。
4 长波（低频LF)传播长波是指波长1公里~10公里（频率为30～300kHz）的电磁波。
其可沿地表面传播（地波）和靠电离层反射传播（天波）。
1.5中波（中频MF)传播中波是指波长100米～1000米（频率为300～3000kHz）的电磁波。
中波可沿地表面传播（地波)和靠电离层反射传播（天波）。
中波沿地表面传播时，受地表面的吸收较长波严重。
通常采用多进制数字调制系统-2022年学习资料
4.8.多进制数字调制是利用多进制数字基带-信号去调制载波的-振幅-频率-或-相位-,相应-地就有多进制数 -调制、-调制以及-制等三种基本方式。-数字汇信服迎与投术
4.16.2DPSK方式是利用前后相邻两个码元载-波相位的变化来表示所传送的数字信息，能够-唯一确定其波形 代表的数字信息符号的是-A前后码元各自的相位-B前后码元的相位-之和-C前后码元之间的相位之差-D前后码元 -间相位差的2倍-数字短信服夏与投术
可以看出，在码元传输速率不变的情况下，通过增加进-制数M,可以增大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更的信息量。-在多进制数字调制中，每个符号时间间隔0≤≤Ts,可能-发送的符号有M种，分别为S:s2,,SM 在实际应-用中，通常取M=2N,N为大于1的正整数。-与二进制数字调制系统相类似，若用多进制数字基带信号去 调制载波的振幅、频率或相位，则可相应地产生多进制数字-振幅调制、多进制数字频率调制和多进制数字相位调制。下 面分别介绍三种多进制数字调制系统的原理。-数字汇信服迎与投术
多相明制信号的产生-◆在MPSK系统中，进制数M的增加，会使-相位之间的相位差2π/M减小，导致多相-调制 统的可靠性降低。因此在MPSK系-统中，M的取值不能太大。在实际的数-字通信系统中，最常用的是4PSK和8 SK-数字汇信服迎与投术
2PSK、4PSK和8PSK信号的单边功-功率谱密度/dB-率谱。可以看出，M越大，功率谱-主瓣越窄，从而 带利用率越高-0--20--40--60-1-方-图6一414进值数字相位调制信号功率谱-数字江信原夏与技
ห้องสมุดไป่ตู้
3-MPSK-数字汇信服迎与投术
MPSK-◆MPSK信号使用M种不同的相位来对应M进制基带数-字信号的状态。2PSK、4PSK和8PSK相 配置图如图-所示。-r/2-3r/4-101-n/4-111-100-00相位---110-000-010 001--3π/4-011--π/4-3π/2--1/2-I/2-5π/8-3π/8-7π/8-T/8-/8--π/2--5m/8-M=2-M=4-M=8-数字湿信服塑与设术
超宽带四通道开关滤波器的设计
设
关滤 % ADS
（Advanced Design System）是由 Keysight 公司推出的
一款EDA软件，可加载 代
设
计包！Process Design Kit，PDK），调用 PDK 中的各种
模型 方法来看，
仿真[6] %
滤 设计方式分为分
布 方式和集总 方式％分布
滤
结
状型、交指型、发型等，适
滤
级
滤 设计向
可
滤
％本
ADS勒
（如 9所）,据设值就
结构参数，再
可
，综合优化[7]%
2.3 关滤波
计仿真
根据GaAsED 设 贝卩,将四个带通滤波
两组单刀四掷开关并 建，组成开关滤
路，如10所％为了得到较为准 仿真
数据，需
路
Momentum仿真。Momen
tum 是 ADS
一种对 3D:
2.5D
场仿真器，是MMIF设 最为
滤 % 集总式滤 是 LC 组成 滤 ，
、尺、生、设灵活等优点%
本次设
关滤 采 是 LC 集总式 滤
% 滤波器可以由低通滤波器和高通滤波器的
组合产生％通滤
种形式，如
（BuU
tueorth"、切比雪夫（Chebyshev）、椭圆函数！ Elliptic
Function）滤 等％
滤 为例，如图
90
火控雷达技术
配微带线、电感等
成％ FET管作为一
，可
控制栅极偏置
大Leabharlann 来改与漏。开关
生
效应限制着开关
能％ GaAs FET |
控
制电压为-5V~0V,即
Ka波段4位数字移相器的设计
Ka波段4位数字移相器的设计梅玮;柯新【摘要】移相器的应用十分广泛,比如各种通讯和雷达系统,微波仪器和测量系统,特别在相控阵雷达中应用最多.移相器是相控阵雷达T/R组件的重要组成部分.本文主要对Ka波段4位数字移相器进行了研究,并完成了实际电路的设计、制作和测试.在34.2GHz±300MHz频率范围内,所有相移位(16个)的插入损耗都小于10.71dB,输入端和输出端的回波损耗也都小于-14.84 dB.另外,所有相移位在中心频率34.2GHz处的相位误差都小于士3.0℃,最小仅有0.15℃,所有指标均优于设计要求.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】5页(P79-83)【关键词】Ka波段;数字移相器;PIN管【作者】梅玮;柯新【作者单位】总装南京军代局驻无锡地区军代室,214035;总装南京军代局驻无锡地区军代室,214035【正文语种】中文【中图分类】TP2160 引言移相器的应用十分广泛，比如各种通讯和雷达系统，微波仪器和测量系统，还有工业应用。
移相器一般分为模拟式和数字是2大类。
模拟式移相器相移连续可调，数字式移相器的相移是量化了的，即其相位只能阶跃变化[1]。
移相器位数越多，对信号的控制越精细，但移相器本身及控制电路也越复杂。
经过计算和分析，数字式移相器只要使其相移跳变量小于45°，就可以足够精细的控制天线波束指向位置。
为了实现相移的阶跃，整个数字移相器分成若干位，每位有2个相位状态，便于受二进位数字电路的控制[2]。
数字移相器的位数越多，对波束的控制越精细，但数字移相器本身及其控制电路也越为复杂。
当前在相控阵雷达中，较多地采用4位或者5位移相器[3]。
本文给出了4位移相器的设计方案，并设计制作出的Ka波段4位数字移相器，在34.2GHz±300MHz频率范围内，所有相移位（16个）的插入损耗都小于10.71dB，输入端和输出端的回波损耗也都小于-14.84 dB。
四位铁氧体不可逆数字式波导移相器驱动电路及控制方法
四位铁氧体不可逆数字式波导移相器驱动电路及控制方法摘要：在科技更新换代极快的时代背景下，移相器的种类越来越多。
为使四位铁氧体不可逆数字式波导移相器得到更加广泛的应用与推广，研究以探讨该设备的驱动电路及控制方法为主，围绕驱动电路D1N型场效应管V1-V8，储能电容C1与四位数字式铁氧体移相器F。
从技术层面来明确四位铁氧体不可逆数字式波导移相器驱动电路的原理，提出更加科学、有效的移相器控制方法，凸显此类新型设备良好的技术性能，为相关研究提供理论性依据。
关键词：四位铁氧体；不可逆；数字式波导移相器；驱动电路；控制在移相器驱动电路不断创新研发的道路上，研发出了更加先进的新型设备，名为四位铁氧体不可逆数字式波导移相器，这种设备的驱动电路特点是D18只N 型场效应管V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7及V8，D1共有8个输出端口与8只N 刑场效应管对应。
研究结合该设备的技术背景来探讨新型驱动电路的原理，通过了解四位铁氧体不可逆数字式波导移相器在技术层面的内容，并围绕控制方法进行研究，为该设备的实际应用提供依据，使相关行业在运用四位铁氧体不可逆数字式波导移相器时，能够充分结合该设备驱动电路的特征来运用合理、规范，且具备科学性的控制方法来实现对新型科技设备的有效运用，以此来丰富相关研究理论。
一、技术背景为实现对相控阵雷达的有效控制，使相控阵雷达的电控开关及天线单元能够实现科学化运行，在四位铁氧体不可逆数字式波导移相器驱动电路及控制方法的研究中，要结合铁氧体移相器相位转换时间长的技术特点，基于其在相位转换中的微妙量级处来体现在C与S波段中铁氧体移相器能够扩大雷达盲区范围的技术性能。
这种新型移相器与传统设备相比，能够以分段激励的方式在短时间内加大电路占用面积，使其覆盖面不断拓展，并实现对多个段落的同时复位，精准置位多个目标相位，从而降低控制功耗，以实现节能化运行，这种控制方式不仅能够提高移相器运行效率，还能起到节能环保的作用。
数字移相技术
> 设计与应用 > 本文 专题文章：IC应用模拟/混合信号可编程逻辑器件专用集成电路数字信号处理 计算机及通信 电源存储器嵌入式系统测试测量电子设计自动化 消费类电子 作者：武汉理工大学 沈维聪 长江轮船总公司职工大学 刘义菊来源：《电子产品世界》数字移相技术的分析和实现摘要：两个同频信号之间的移相，是电子行业继电保护领域中模拟、分析事故的一个重要手段，利用移相原理可以制作校验各种有关相位的仪器仪表、继电保护装置的信号源。
因此，移相技术有着广泛的实用价值。
本文介绍两种基于单片机的数字移相方法，借以说明实现移相的原理，并对两种移相方法进行性能分析和比较。
关键词：移相 单片机 D/A转换 计数器两个同频信号之间的移相与实现方式所谓移相是指两种同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为是相位的移动。
两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差。
若我们将一个信号周期看作是3600，则相差的范围就在0°～360°。
要实现移相，通常有两个途径：一是直接对模拟信号进行移相，如阻容移相，变压器移相等，早期的移相通常采用这种方式。
采用这种方式制造的移相器有许多不足之处，如：输出波形受输入波形的影响，移相操作不方便，移相角度随所接负载和时间等因素的影响而产生漂移等．在此不予讨论．另一个是随电子技术的发展，特别是单片机技术的发展而兴起的数字移相技术，是目前移相技术的潮流。
数字移相技术的核心是：先将模拟信号或移相角数字化，经移相后再还原成模拟信号。
数字移相主要有两种形式： 一种是先将正弦波信号数字化成，并形一张数据表存入ROM芯片中，此后可通过两片D／A转换芯片在单片机的控制下连续地循环输出该数据表，就可获得两路正弦波信号，当两片D／A转换芯片所获得的数据序列完全相同时，则转换所得到的两路正弦波信号无相位差，称为同相。
当两片D／A转换芯片所获得的数据序列不同时，则转换所得到的两路正弦波信号就存在着相位差。
XN6143三通道4阶视频滤波驱动器Crys-Lattice
1描述 XN6143是一种三通道4阶标清视频滤波驱动器，是专门替代无源LC 滤波器和驱动器的单片集成电路。
与传统的2阶或3阶无源方案相比，它提供更佳的视频图像质量。
内部的二极管箝位和偏置电路可以接收AC 或DC 耦合输入信号。
每个输出可以AC 或DC 耦合驱动单(150Ω)或双(75Ω)负载。
输入直流偏压使DC 输出偏移＋280mV 。
特点• 三通道4阶标清视频滤波器 • 透明的输入箝位 • 双视频负载驱动（2V PP ，75Ω） • AC 或DC 耦合输入• AC 或DC 耦合输出 • 5V 单电源工作 • SOIC-8小外廓封装 • 可替代FMS6143器件特征器件名称 封装形式 工作温度 XN6143 SOIC-8 ﹣40℃～85℃应用范围用于机顶盒、DVD 播放器、高清电视(HDTV)、个人录像机(PVR)和视频点播器(VOD)中。
功能框图IN1OUT1IN2OUT2IN3OUT38MHz 4阶引脚定义IN1IN2IN3Vcc OUT1OUT2OUT3GND引脚描述引出端编号符号 描述1 IN1 通道1的视频输入2 IN2 通道2的视频输入3 IN3 通道3的视频输入4 V CC +5V 电源，不能浮置5 GND 地，不能浮置6 OUT3 通道3的视频输出7 OUT2 通道2的视频输出8 OUT1 通道1的视频输出深圳市晶格微电子有限公司电话：0755－27592569传真：275921952最大绝对额定值特性符号 最小 最大 单位电源电压 V CC ﹣0.3 6 V 模拟和数字输入/输出 I/O ﹣0.3 V CC ＋0.3 V 输出电流（任一个通道） I O -- 50 mA 储存温度 T S ﹣55 150 ℃ 结温 T J -- 150 ℃ 引线耐焊接温度（10s ） -- 300 ℃推荐工作条件特性符号 最小 典型 最大 单位电源电压V CC 4.75 5.0 5.25 V 视频输入电压范围 V IN -- 1.4 -- V PP 工作温度 T A -40 25 85 ℃电特性除另有规定外，V CC =5.0V ，输入交流耦合电容0.1µF ，V IN ＝1V PP ，R S ＝37.5Ω，输出交流耦合电容220µF ，R L ＝150Ω，T A =﹣40℃～85℃极限值 参数 符号 条 件 最小典型 最大单位电源电流 I CC 直流，无输入，输出无负载 -- 17 27 mA电源抑制比 PSRR 直流，所有通道 -- -- -40 dB 通道增益 A V 所有通道 5.5 6.0 6.6 dB -1dB 带宽 f 1dB 所有通道 4.5 7.0 9.0 MHz -3dB 带宽 f C所有通道 5.5 8.0 10.0 MHz 阻带抑制 f SB 所有通道，f =27MHz 35 40 -- dB微分增益 dG 所有通道 -- -- 1.0 ％ 微分相位 d Φ 所有通道 -- -- 1.0 ° 输出失真 THD 所有通道，V OUT =1.8V PP ，1MHz -- 0.6 0.9 ％ 色度亮度干扰 X TALK 通道与通道之间，1MHz -- -- -50 dB 信噪比 SNR 所有通道，NTC-7 Weighting ： 100KHz ～4.2MHz55 -- -- dB传输延迟 t pd输入到输出，4.5MHz -- -- 100 ns深圳市晶格微电子有限公司电话：0755－27592569传真：27592195典型特性曲线除另有规定，T A=25℃，V CC=5.0V，R S=37.5Ω，所有输入用0.1µF电容交流耦合，所有输出用220µF电容交流耦合150Ω负载到地。
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杭州电子工业学院学报 第24卷第4期JOURNA L OF H ANG ZH OU I NSTIT UTE OF V ol.24,N o.4 2004年8月E LECTRONIC E NGI NEERI NG Aug.2004 3G波段四位数字移相器周叶华,官伯然(杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州310018)摘要:该文研究了用于3G波段智能天线波束形成网络中的4位PI N管数字移相器,并采用ADS软件对PI N管模型的正反特性进行仿真分析,采用分析结果设计了α°(22.5°、45°、90°、180°等)相移的3分贝定向耦合器式移相器,并考虑了电容器件对相移的影响。
最后对级联形成的4位数字移相器的进行了仿真,在主要性能指标方面均获得了满意结果。
关键词:智能天线;时分双工技术;定向耦合器;移相器中图分类号:T N820.2+3 文献标识码:A 文章编号:1001-91469(2004)04-0060-040 引 言在3G技术和系统蓬勃发展之际,智能天线技术和T DD时分双工技术被IT U认定为今后通讯技术发展的重要趋势之一。
智能天线技术能够提高系统的容量,扩大小区的最大覆盖范围,减小移动台的发射功率,提高信号的质量并增大了传输数据速率。
移相器是智能天线波束形成网络中重要的组成部分,天线通过控制移相器的相移来改变波束指向,实现实时扫描。
在3G频段因数字式微带PI N管移相器以其体积小、成本低、制作简单等优点成为设计首选。
所选的工作频段为时分双工(T DD)方式:1880-1920MH z。
在窄带移相器中由以3分贝定向耦合器式移相器的扫描范围、驻波比、插损、回波损耗、误差等综合指标较优为首选。
1 移相器的设计3分贝定向耦合器移相器的设计,一般采取把PI N管当成理想器件,即正偏时为短路,反偏时为开路来处理;或是提取PI N管的等效电路的参数直接用来计算。
而本文采用Alphaind公司提供的实际PI N 管sm p1322-011模型如图1所示,因而是一种更符合实际的设计电路。
收稿日期:2004-02-11作者简介:周叶华(1977-),女,浙江诸暨人,在读研究生,电路与系统专业. 图1 PI N 管模型 图2 PI N 管的正反特性 首先对选用的PI N 管模型的正反特性在ADS 软件上进行仿真,得到Smith 圆图的反射系数分别如图2(a )、(b )所示,可以看出:在仿真的频段范围内,PI N 管几乎为一纯电感或纯电容,(电阻可忽略不计)但不可视为理想的短路点或开路点,PI N 管正偏时其阻抗记为jb f ,反偏时其阻抗为jb r 。
因其PI N 管为纯电抗,此时微带传输线起纯阻抗作用,现采用长度为14λ,即为工作中心频率f 0对应的波长,阻抗为Z 1的微带线和一电容C 作匹配支路,调节Z 1、C 以满足不同的相移要求,同时也减小电路尺寸。
构造α°移相器的反射负载如图3所示。
图3 反射负载的构造 图4 电容变化引起的相位变化记从B 点看去的输入阻抗为Z B ,A 点看去的输入阻抗为Z in 。
当PI N 管正偏时,下标均加一“f ”,反偏时均加一“r ”,则有: Z Bf =b f -1wC ,Z Br =b r -1wC (1) Z inf=-j Z 21Z Bf ,Z inr =-j Z 21Z Bf (2)由反射系数Γ=Z 0-Z in Z 0+Z in,可得PI N 管正偏时的相角为: α°f =2arctan Z 21Z 0Z Bf (3)反偏时的相角: α°r =2arctan Z 21Z 0Z Br (4)则式4-式3再除以2即可以得相移角度α°,即为: α°=α°r -α°f 2=arctan Z 21Z 0Z Br -arctan Z 21Z 0Z Bf(5)对式5进行反正切并使Z 1、Z Bf 、Z Br 对Z 0进行归一化,整理得:16第4期 周叶华等:3G 波段四位数字移相器 tan α°= Z 21( Z Bf - Z Br ) Z 41+ Z Bf Z Br(6)当电容取得pF 级, Z 41( Z Bf - Z Br 时就可以取得180°的相移。
而当增大Z 1,减小电容值时,则可以依次获得90°、45°、22.5°的相移。
2 考虑电容对相移的影响在优化仿真中发现,电容的稍许变化就会引起相移小范围的调整,所以在选电容器件时,应优先考虑其允许公差,期望在公差允许的范围内不致引起移相性能的恶化。
以180°相移设计为例,电容C 选用AVX 的Accu -P 系列。
中心频率f 0=1.90GH z ,此处的b f =Z 0×0.53,b r =Z 0×(-5.994),其中Z 0=50Μ。
取C =pF ,则可解得 Z 1=1.0246,得Z 1=1.0246×Z 0=51.23Μ。
因考虑到电容C 有±0.25pF 的公差,则当其在4.45pF ～4.95pF 变化时,相位的变化可通过仿真大致给出其变化趋势如图4所示。
由图可知最大的变化范围不超过1.5°,不致影响移相器的性能。
3 仿真结果本电路是在介电常数εr =9.6,厚度H =1mm 的微波介质基片上进行仿真的。
下面给出所需频段各项指标的仿真结果图,如图5所示。
图5(a )示出了步进相移为22.5°的16个相位状态,相移误差最大不超过。
从图5(b )、图5(c )、图5(d )分别得出:各个状态的驻波比均小于1.135,回波损耗均低于-24dB ,插损在-0.14～-0.26dB 之间。
图5 仿真结果4 结 论本文是在仿真设计的基础上实现的用于3G 波段智能天线波束形成网络中的四位PI N 管数字移相器,仿真结果较好,选用的器件都有成熟工艺支持并考虑了它们可能带来的影响,完全可以用于实际产品的设计。
26 杭州电子工业学院学报 2004年参考文献[1] R obert V G arver.Broad -Band Diode Phase Shifters[J ].IEEE T ransactions on Microwave Theory and T echnique ,1972,20(5):314-323.[2] J F White ,Diode Phase Shifters for Array Antenna[J ].IEEE T ransactions on Microwave Theory and T echnique ,1974,22(6):658-674.[3] J Piotr S tarski .Optimization of the Matching Netw ork for a Hybrid C oupler phase shifter[J ].IEEE T ransactions on Microwave The 2ory and T echnique ,1977,25(8):662-666.[4] Joseph F White.Microwave Semiconductor Engineering[M].New Y ork :Van N ostrand Reinhold co -mpany Inc ,1982.1-550.[5] Matthew M.Radmanesh .射频与微波电子学[M].北京:电子工业出版社,2002.647-677.3G B and 4-bit Phase ShifterZH OU Ye 2hua ,GUAN Bo 2ran(The college Electronic Information ,Hangzhou Dianzi University ,Hangzhou Zhejiang 310018,China )Abstract :The paper has brought forward a 3G band 4-bit PI N diode digital phase shifter.This phase shifter is used in the beam -forming netw ork of smart antenna.The positive -negative characteristic of PI N diode m odel issimulated and analyzed with ADS s oftware.Then the 3dB directional coupler phase shifter of α°(22.5°、45°、90°、180°and etc )is designed ,with the consideration that the capacitor element has effect on phase shifter to s ome ex 2tend.H owever ,the paper presents simulation results of a cascading 4-bit digital phase shifter ,showing that main performances will match the practice application very well.K ey w ords :Smart antenna ;T ime division duplex ;Directional coupler ;Phase shifter36第4期 周叶华等:3G 波段四位数字移相器 。