中频及微波数字移相器

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平衡式移相器
ej11jjBB1B12B22jB

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移相器基本原理
★高通／低通滤波器型移相器
-jBn
-jBn -jXn
-jXn
-jBn -jXn
Input
jBn
jXn jBn
Output Input
jXn
jXn
jBn
(a)
(b)
◆适用于频率低端 ◆适于宽频带应用
Output
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各种移相器的特点比较
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5
引言
★中频宽带五位数字移相器的电路设计指标如下：
◆工作频率：60±10MHz ◆输入信号：-10～10dBm ◆插入损耗：≤5dB ◆相位误差：≤±3.5度 ◆输入、输出端电压驻波
比小于2 ◆移相范围：360度 ◆幅度不平衡：≤±1dB
◆工作电压：±5V ◆电流：≤0.1A ◆控制电压：TTL电平 ◆外形尺寸：
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★中频宽带五位数字移相器设计方案
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中频宽带五位数字移相器研究
★中频宽带五位数字移相器设计方案 ★π型结构的高通/低通滤波器型移相器理论相位误
差分析 ★中频宽带五位数字移相器的电路设计 ★中频宽带五位数字移相器的实现 ★中频宽带五位数字移相器的测试及结果分析
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★中频宽带五位数字移相器设计方案
◆设计要求（难点） １、相对带宽超过33％ ２、超小的实物外形→40mm×30mm×20mm ◆高通/低通滤波器型移相器
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3
引言
★移相器发展动态
◆国内 与国外相比，国内对MMIC的研究起步较晚，工艺还不
成熟，但也进行了各类MMIC的研制，包括MMIC移相器， 并取得了一定的成果．
国内对移相器的研究仍集中在混合集成方面． 十三所研制出了一种60MHz的八位数字移相器，插入 损耗最大4.5dB,外形尺寸是135mm×118mm×36mm .并且 与美国Merrimac公司生产的同类产品相当. 随着新材料和新工艺的不断出现和发展，移相器将 继续朝着高性能、小型化和低成本方向发展．
(b)
◆基于延迟线电路理论 ◆谐振现象
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开关线移相器
输 入
输 出
0/2.52 0/4 5 0/90 0/180
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要注意的几个技术问题：
–当开关传输线长度达到某个频率的半波长时 ，将产生谐振现象，从而增大插入损耗。
–要求在两种状态下输入端都要良好匹配 。 –开关的两条移相线相互距离要足够远 。
图4（b）的三个元件级联矩阵是
coscosBsin
Y1
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根据矩阵元素相等的原则，可得
arccos(cosBY1sin)
于是可以得到相移量和加载电抗的关系式
arccos(cosB Y1sin)
移相器
数字式
反射式
环行器耦合
分支电桥
模拟式 传输式
开关线
加载线
放大器
开关长度
开关电抗
图1
微波集成移相器分类
控制端口用调制插座（9线）
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移相器基本原理
★移相器的分类（根据电路拓扑）：
◆加载线型移相器 ◆耦合器型移相器 ◆开关线型移相器 ◆高通／低通滤波器型移相器
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移相器的类型和主要技术指标
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9
技术指标
–工作频率 –相移量 –相移精度 –移相器开关时间 –寄生调幅
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★加载线型移相器
移相器基本原理
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移相器基本原理
★耦合器型移相器
输入
1
耦合器
4 Γ12
输出 2
3 Γ12
相移网络
V1
变换网络
V2
变换网络
耦合器型移相器通常用于实现较大相移.
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V j1
a
M
d
b
BC
A V j2
输入
（ a）
E
D
输出
C （ b）
D E
C （ c）
图 7 平衡式移相器
D E
（ a） 微 带 － 槽 线 电 路 ； （ b ） V j1 短 路 、 V j 2 开 路 时 传 输 路 径 ； （ c ） V j 2 短 路 、V j1开 路 时 传 输 路 径 。
中频、微波数字移相器
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1
主要内容
★引言 ★移相器基本原理 ★中频宽带五位数字移相器研究 ★Ku波段六位数字移相器研究 ★结论
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引言
★移相器发展动态
◆国外 国外开展MMIC研究较早，设备先进，工艺成熟，
MMIC工艺线可以实现代加工（Foundry）生产 ，大部 分移相器已实现单片化．
K波段五位小型MMIC移相器 ，在19GHz时测得 的移相器的插入损耗为5±0.6dB，均方根相位误差为 3度。
开关线移相器
– 小移相位(22.5o和45o)的尺寸可以做的很小 ,其每位都需要四个二 极管 ,其损耗比加载线型也大的多
加载线移相器
– 用于小移相位时，其性能指标较好
反射型移相器
– 二极管用量少,尺寸比较大, 其插入损耗随着移相位的增大而增加 。
平衡式移相器
– 能做到无寄生调幅，而且驻波比也一样,输入/输出信号相互隔离 很好 ,缺点是微带-槽线转换多，移相器总损耗较大。
No Image （b）加载电纳
（a）电路结构示意图
（c）等效传输线
加载线型移相器通常用于小相移位.
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图4（c）是均匀传输线，为了满足输入匹配的要求，应该有
图4（c）的归一化矩阵[a]为
cosBsin
Y1
[a]
j
(Y1sin2BcosBY12
Y0
sin)
jY0 sin
Y1
cosYB1 sin
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引言
★主要内容：
◆中频宽带五位数字移相器的设计、制作与测试。 ◆ Ku波段5.625度相移位单元电路的设计、制作与测试。 ◆ Ku波段45度相移位单元电路的设计、制作与测试。 ◆ Ku波段90度相移位单元电路的设计、制作与测试。 ◆ Ku波段180度相移位单元电路的设计、制作与测试。 ◆ Ku波段六位数字移相器的设计、制作与测试。 ◆数字移相器驱动电路的设计与制作。
40mmX30mmX20mm ◆可拆卸式SMA(I/O) ◆端口阻抗（I/O）:50Ω 并且要通过高低温、振动、
冲击等试验
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引言
★Ku波段六位数字移相器的电路设计指标如下：
◆工作频率：15GHz ◆插入损耗：≤6dB ◆移相范围：360度，步进5.625度 ◆相位误差：≤±4度 ◆幅度不平衡：≤±1dB ◆输入、输出电压驻波比：≤2 ◆接头：RF端口用SMA-K
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通过电抗网络后，相应两种状态的反射系数是
2arctg BB
1BB
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移相器基本原理
★开关线型移相器
L1 Zo
Zo Input
S21
S22
S11
S12
Zo
L2 (a)
Zo
Zo Output
S21
L1
Zo A λ/4
Input
λ/4 Zo
S11
L2
S22 λ/4 B Zo λ/4
Output S12