(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 109509940 A(43)申请公布日 2019.03.22
(21)申请号 201811599518.6(22)申请日 2018.12.26
(71)申请人 南京米乐为微电子科技有限公司
地址 211111 江苏省南京市江宁区秣周东
路9号(72)发明人 吴晓亮 盖川
(74)专利代理机构 南京中律知识产权代理事务
所(普通合伙) 32341
代理人 沈振涛(51)Int.Cl.
H01P 1/185(2006.01)H01Q 3/36(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图4页
(54)发明名称
一种连续可调模拟移相器(57)摘要
本发明公开了一种连续可调模拟移相器，包括N个串联的集总移相单元，N≥1；其中，第i个集总移相单元为高通的集总移相单元或者低通的集总移相单元，1≤i≤N。本发明采用集总移相单元，利用了集总参数电路尺寸小的优势，使得移相器结构紧凑、面积小、成本低、利于集成。本发明中集总移相单元可以根据需要选取为全部是高通的集总移相单元或者全部是低通的集总移相单元，电路结构灵活，能够符合各种工作频率的需要。本发明中集总移相单元也可以根据需要选取为高通的集总移相单元和低通的集总移相
这样能够实现更宽的带宽。单元串联的形式，CN 109509940 ACN 109509940 A
权 利 要 求 书
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1.一种连续可调模拟移相器，其特征在于：包括N个串联的集总移相单元，N≥1；其中，第i个集总移相单元为高通的集总移相单元或者低通的集总移相单元，1≤i≤N。
2.根据权利要求1所述的连续可调模拟移相器，其特征在于：所述高通的集总移相单元包括第一电感L1，第一电感L1的一端连接第一压控变容二极管D1的阳极，第一压控变容二极管D1的阴极分别连接第二电感L2的一端和第二压控变容二极管D2的阳极，第二电感L2的另一端接地，第二压控变容二极管D2的阴极连接第一电感L1的另一端；其中，第一电感L1的一端作为高通的集总移相单元的输入端，第一电感L1的另一端作为高通的集总移相单元的输出端。
3.根据权利要求2所述的连续可调模拟移相器，其特征在于：所述第一电感L1和第二电感L2均为螺旋电感。
4.根据权利要求2所述的连续可调模拟移相器，其特征在于：所述第一电感L1的感值为
第二电感L2的感值为值均为
第一压控变容二极管D1的容值和第二压控变容二极管D2的容
其中，R为移相器的输入阻抗，ω0为高通的集总移相单元的中心频率。
5.根据权利要求1所述的连续可调模拟移相器，其特征在于：所述低通的集总移相单元包括第三电感L3，第三电感L3的一端连接第三压控变容二极管D3的阳极，第三电感L3的另一端分别连接第四电感L4的一端和第四压控变容二极管D4的阴极，第四压控变容二极管D4的阳极接地，第四电感L4的另一端连接第三压控变容二极管D3的阴极；其中，第三电感L3的一端作为低通的集总移相单元的输入端，第四电感L4的另一端作为低通的集总移相单元的输出端。
6.根据权利要求5所述的连续可调模拟移相器，其特征在于：所述第三电感L3和第四电感L4均为螺旋电感。
7.根据权利要求5所述的连续可调模拟移相器，其特征在于：所述第三电感L3的感值和第四电感L4的感值均为的容值为
第三压控变容二极管D3的容值为
第四压控变容二极管D4
其中，R为移相器的输入阻抗，ω1为低通的集总移相单元的中心频率。
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说 明 书
一种连续可调模拟移相器
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技术领域
[0001]本发明涉及模拟移相器，特别是涉及一种连续可调模拟移相器。
背景技术
[0002]随着有源相控阵雷达的不断发展，以及5G通讯的到来，人们对天线波束控制的需求不断提高，对控制电路的研究也更加深入。移相器作为波束控制的关键器件，由于其工作状态及技术指标较多，占用面积大，性能要求高，设计和制作难度大，一直是天线收发组件中关键的器件之一。相控阵雷达的发展对移相器的带宽，移相精度和集成面积等方面提出了更高的要求，因此，对相位连续可调的模拟高性能移相器的研究具有重要的意义及实际应用价值。
[0003]基于变容二极管的反射型模拟移相器技术被广泛应用于相位连续可调模拟移相器设计中。现有技术中的移相器包括3dB耦合器，通常是3dB兰格正交耦合器，在其终端加载变容二极管，从而实现相位连续可调。然而，3dB耦合器具有面积较大、不利于集成、增加了电路成本的缺点，传统的反射电路也很难满足宽带、小型化的要求。发明内容
[0004]发明目的：本发明的目的是提供一种连续可调模拟移相器，能够解决现有技术中存在的面积大、不利于集成、成本高、难以实现宽带的问题。[0005]技术方案：本发明所述的连续可调模拟移相器，包括N个串联的集总移相单元，N≥1；其中，第i个集总移相单元为高通的集总移相单元或者低通的集总移相单元，1≤i≤N。[0006]进一步，所述高通的集总移相单元包括第一电感L1，第一电感L1的一端连接第一压控变容二极管D1的阳极，第一压控变容二极管D1的阴极分别连接第二电感L2的一端和第二压控变容二极管D2的阳极，第二电感L2的另一端接地，第二压控变容二极管D2的阴极连接第一电感L1的另一端；其中，第一电感L1的一端作为高通的集总移相单元的输入端，第一电感L1的另一端作为高通的集总移相单元的输出端。可见，高通的集总移相单元的电路结构简单，能够在较宽的频率范围内提供稳定的相移，并且利用第一电感L1和第二电感L2之间的互耦合作用，使得整个移相器结构紧凑、面积小、成本低，能够广泛应用于射频/微波/毫米波频段的无线通信系统中。[0007]进一步，所述第一电感L1和第二电感L2均为螺旋电感。这样能够使得移相器更加紧凑，Q值更高。
[0008]
进一步，所述第一电感L1的感值为第二电感L2的感值为第一压控变容二
极管D1的容值和第二压控变容二极管D2的容值均为其中，R为移相器的输入阻抗，ω0
为高通的集总移相单元的中心频率。[0009]进一步，所述低通的集总移相单元包括第三电感L3，第三电感L3的一端连接第三压控变容二极管D3的阳极，第三电感L3的另一端分别连接第四电感L4的一端和第四压控变
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容二极管D4的阴极，第四压控变容二极管D4的阳极接地，第四电感L4的另一端连接第三压控变容二极管D3的阴极；其中，第三电感L3的一端作为低通的集总移相单元的输入端，第四电感L4的另一端作为低通的集总移相单元的输出端。可见，低通的集总移相单元的电路结构简单，能够在较宽的频率范围内提供稳定的相移，并且利用第三电感L3和第四电感L4之间的互耦合作用，使得整个移相器结构紧凑、面积小、成本低，能够广泛应用于射频/微波/毫米波频段的无线通信系统中。[0010]进一步，所述第三电感L3和第四电感L4均为螺旋电感。这样能够使得移相器更加紧凑，Q值更高。
[0011]
进一步，所述第三电感L3的感值和第四电感L4的感值均为
第四压控变容二极管D4的容值为
第三压控变容二极
管D3的容值为其中，R为移相器的输入阻抗，ω1
为低通的集总移相单元的中心频率。[0012]有益效果：本发明公开了一种连续可调模拟移相器，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
[0013]1)本发明采用集总移相单元，利用了集总参数电路尺寸小的优势，使得移相器结构紧凑、面积小、成本低、利于集成；
[0014]2)本发明中集总移相单元可以根据需要选取为全部是高通的集总移相单元或者全部是低通的集总移相单元，电路结构灵活，能够符合各种工作频率的需要；
[0015]3)本发明中集总移相单元也可以根据需要选取为高通的集总移相单元和低通的集总移相单元串联的形式，这样能够实现更宽的带宽；
[0016]4)本发明能够通过多个集总移相单元的串联形成低插损的360度相位连续可调的模拟移相器。
附图说明
[0017]图1(a)为现有技术中实现180°移相的移相器的示意图；[0018]图1(b)为现有技术中反射电路的示意图；[0019]图1(c)为现有技术中实现360°移相的移相器的示意图；[0020]图2为本发明具体实施方式中移相器的示意图；
[0021]图3为本发明具体实施方式中低通的集总移相单元的示意图；[0022]图4为本发明具体实施方式中高通的集总移相单元的示意图；[0023]图5为本发明具体实施方式中移相器的仿真结果图；
[0024]图5(a)为6-12GHz相位360度连续可调模拟移相器的输入输出回波损耗的仿真结果图；
[0025]图5(b)为6-12GHz相位360度连续可调模拟移相器的各移相状态下插入损耗的仿真结果图；
[0026]图5(c)为6-12GHz相位360度连续可调模拟移相器在控制电压＝0～10V下的移相范围的仿真结果图。
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具体实施方式
[0027]现有技术中实现180°移相的移相器如图1(a)所示，包括终端加载了变容二极管的3dB耦合器和反射电路。反射电路如图1(b)所示，包括第五电感L5，第五电感L5的一端连接第一可调电容C1的一端，第一可调电容C1的另一端接地，第五电感L5的另一端连接第二可调电容C2的一端，第二可调电容C2的另一端接地。现有技术中实现360°移相的移相器如图1(c)所示，它是由两个180°移相器串联起来形成的。然而，3dB耦合器具有面积较大、不利于集成、增加了电路成本的缺点，传统的反射电路也很难满足宽带、小型化的要求。[0028]为了克服现有技术中存在的缺陷，本具体实施方式公开了一种连续可调模拟移相器，如图2所示，包括N个串联的集总移相单元，N≥1。其中，第i个集总移相单元为高通的集总移相单元或者低通的集总移相单元，1≤i≤N。[0029]如图4所示，高通的集总移相单元包括第一电感L1，第一电感L1的一端连接第一压控变容二极管D1的阳极，第一压控变容二极管D1的阴极分别连接第二电感L2的一端和第二压控变容二极管D2的阳极，第二电感L2的另一端接地，第二压控变容二极管D2的阴极连接第一电感L1的另一端；其中，第一电感L1的一端作为高通的集总移相单元的输入端，第一电感L1的另一端作为高通的集总移相单元的输出端。
[0030]
第一电感L1的感值为第二电感L2的感值为第一压控变容二极管D1的容值
和第二压控变容二极管D2的容值均为其中，R为移相器的输入阻抗，ω0为高通的集总
移相单元的中心频率。移相器的输入阻抗等于输出阻抗，一般为50欧姆。
[0031]如图3所示，低通的集总移相单元包括第三电感L3，第三电感L3的一端连接第三压控变容二极管D3的阳极，第三电感L3的另一端分别连接第四电感L4的一端和第四压控变容二极管D4的阴极，第四压控变容二极管D4的阳极接地，第四电感L4的另一端连接第三压控变容二极管D3的阴极；其中，第三电感L3的一端作为低通的集总移相单元的输入端，第四电感L4的另一端作为低通的集总移相单元的输出端。
[0032]
第三电感L3的感值和第四电感L4的感值均为第三压控变容二极管D3的容值为
第四压控变容二极管D4的容值为其中，R为移相器的输入阻抗，ω1为低通的集总
移相单元的中心频率。
[0033]单个低通的集总移相单元的相位响应θ(ω)如式(2)所示，其中ωc如式(3)所示。
[0034]
[0035][0036]
式(3)中，Cn，i＝3或4；当ii为控制电压＝0V时第i个压控变容二极管的初始容值；＝3时，Cn，当i＝4时，Cn，3为控制电压＝0V时第三压控变容二极管D3的初始容值；4为控制电压＝0V时第四压控变容二极管D4的初始容值；Ci为第i个压控变容二极管的最大容值；当i＝3时，C3为第三压控变容二极管D3的最大容值；当i＝4时，C4为第四压控变容二极管D4的最
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大容值；ωc为控制电压改变时第三压控变容二极管D3的容值从Cn，3变为C3时对应的谐振频率，ωc也是控制电压改变时第四压控变容二极管D4的容值从Cn，4变为C4时对应的谐振频率。对于单个低通的集总移相单元，最大相移发生在容值变化的最大范围，即Cmin～Cmax，因此可根据所需的移相范围和回波损耗选择第三压控变容二极管D3和第四压控变容二极管D4的尺寸。
[0037]对于相控阵领域，全频段360°累计移相通常是需要的，因此多级集总移相单元串联往往是需要的，通过串联不同中心频率的集总移相单元，不仅可以增大移相，还可以达到宽带宽和平坦移相响应。例如含有四个低通的集总移相单元的移相器，其中两个低通的集总移相单元的中心频率为6GHz，另外两个低通的集总移相单元的中心频率为12GHz，这样可以确定6-12GHz全频段360°相位连续可调模拟移相器各个集总移相单元的初值，经过局部优化，可以实现目标。图5(a)-图5(c)给出了6-12GHz全频段360°相位连续可调模拟移相器的仿真结果图。如图5(a)所示，移相器的回波损耗的典型值为-13dB，具有很好的回波特性。如图5(b)所示，移相器的插入损耗的典型值为-4dB，插入损耗很低，线性度很好。如图5(c)所示，移相器在6-12GHz全频段实现了大于360度的移相范围，且移相波动较小。
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