基于GaAs pHEMT工艺的宽带6位数字移相器MMIC

基于0.15μm GaAs pHEMT (pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工艺，研制了一款6位数字移相器微波单片集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC）.该移相器由六个基本移相位级联组成，工作频带为10～18 GHz，步进值为5.625°，移相范围为0～360°，具有64个移相态.根据最优拓扑选择理论，5.625°，11.25°，22.5°移相位采用桥T型结构，降低了移相器的插损及面积；采用开关型高低通滤波器结构实现45°，90°，180°移相位，提高了大移相位的移相精度，并有效降低了寄生调幅.实测结果表明：64态移相寄生调幅均方根误差小于0.6 dB，移相输入输出回波损耗低于-11 dB，移相均方根误差小于4.2°，基态插入损耗低于8.6 dB.芯片尺寸为3.35 mm×1.40 mm.该数字移相器具有宽频带、高移相精度、尺寸小的特点，主要用于微波相控阵T/R组件、无线通信等领域.     

基于电容电感移相单元的MEMS移相器

为减小基本结构开关线型微机电(MEMS)移相器的面积,提出了一种新型的基于电容电感移相单元的小型化3位开关线型MEMS移相器。该移相器用MEMS工艺制成的交叠结构的电容电感移相单元代替原始的延迟传输线,其90°移相单元的长度比传统90°延迟线的缩短近3/4,45°移相单元的长度比原始延迟线的缩短近1/2,有效缩小了移相器的整体面积。用HFSS(high frequency structuresimulator)软件进行了仿真及优化设计。仿真结果表明:在20GHz到40GHz频段内,45°移相单元的回波损耗优于-27.25dB,插入损耗优于-0.33dB;90°移相单元的回波损耗优于-26.25dB,插入损耗优于-0.51dB。在35GHz时,整个3位移相器能够完成0～360°、间隔为45°的移相,平均插入损耗为-2.63dB,回波损耗优于-15dB,平均相位误差为3.67°。根据仿真结果,所设计的MEMS移相器适用于35GHz小型化相控阵雷达。     

一种新型X波段5bit本振移相器设计

设计了一种应用于X波段本振移相的新型矢量合成移相器,该新型矢量合成移相器主要由4个3bit的子移相器组成,可以实现5bit的移相精度.该移相器降低了对可变增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)的精度要求.可变增益放大器的可变增益通过一组开关控制增益单元来实现,从而避免了传统正交矢量合成移相器中VGA偏置电流改变造成的线性度波动和漏源波动问题,故应用于本振移相时可以实现较小的移相增益误差和相位误差.为了验证该移相器的本振移相性能,设计了一个混频器作为测试电路.本设计采用0.13μm CMOS工艺实现,电源电压为1.2V.测试结果表明,在9~12GHz内,混频器在本振移相器驱动下的平均转换增益为-0.5~7dB,移相器的移相精度为5bit,均方根增益误差最大值为0.8dB,均方根相位误差最大值为4°.直流功耗为40mW.     

单通道干涉仪测向系统中的高精度数字移相技术研究

为解决单通道干涉仪测向系统中传统数字移相器对参考天线输出信号移相时移相精度不高的问题,基于直接数字频率合成技术(DDS)和混频技术,提出了一种新的数字移相技术。该技术采用两级混频结构,分别进行下变频和上变频。两级混频器的本振信号均由DDS信号发生器产生,通过调节本振信号的相位差,实现对一定频率范围内的输入信号进行0°～360°相位偏移。采用FPGA评估板、DAC FMC子卡、混频器、滤波器等模块制作了输入频率范围为432～434 MHz的移相器样机,对该方法进行了验证,实现了输入信号的0°～360°移相,移相步进小于0.09°,实测误差的均方根(RMS)小于0.8°。     

基于差动电路结构的多级串联式数控移相器实现研究

移相器是无线通信系统和相控阵雷达接收机中的关键组件，用来实现信号相位的改变与均衡。提出了一种基于差动电路结构和RC元件的数控移相单元，该移相单元通过扫描脉冲控制差分对管轮流导通获取输出信号的相位差，改变RC元件参数可以调整移相数值。利用提出的数控移相单元构建了八级串联模型，实现了一种360°串联式数控移相器。Multisim软件仿真验证了数控移相单元设计的有效性，硬件实现测试结果表明：设计的多级串联式数控移相器工作良好，移相精度高，可达1.4°，实现了全周期范围内的相移控制。该数控移相器的实现为适时、灵活校准接收系统相位误差提供了重要的技术支撑。     

BST铁电薄膜移相器应用于天线阵的研究

采用共面波导型钛酸锶钡(BST)铁电薄膜移相器作为工作于16 GHz的1×4微带贴片天线阵的移相单元,利用全波电磁仿真软件,对加载BST铁电薄膜移相器的天线阵进行建模、仿真和优化.研究结果表明: 加载BST铁电薄膜移相器的天线阵辐射方向可随铁电薄膜介电常数的变化而发生显著的改变,通过改变BST铁电薄膜的介电常数,实现了天线阵辐射方向性±10°转向及相控天线阵的移相特性.     

K波段CMOS反射负载型无源移相器

研究应用于K波段相控阵收发系统的差分反射负载型无源移相器的设计方法.基于TSMC 90 nm CMOS工艺实现了一个5 bit移相器,其反射负载由电感和变容二极管并联组成.测试结果表明,该移相器的移相误差在23~25 GHz频带内小于6°,在22~26 GHz频带内小于15°.又基于相同工艺提出了一个改进的6 bit移相器,采用品质因数相对较高的叉指电容阵列替代传统的变容二极管,通过开关控制实现电容值的改变.仿真结果表明,改进版移相器的移相误差在23~25 GHz频带内小于4°,在22~26 GHz频带内小于8°.      

C波段反射型线性360°模拟移相器的设计

为了调制射频信号在传输过程中引入的相移, 设计了中心频率为4.0 GHz的反射型线性360°模拟移相器, 利用分支线型定向耦合器和变容二极管实现360°移相。为了增加工作带宽, 采用两个双分支定向耦合器级联构成三分支定向耦合器。同时采用带有串联传输线和短路终端的反射终端电路, 使电路更易调节, 以获得最佳线性度和最大带宽。最终给出了移相器的线性度和插入损耗的仿真和测试结果。结果表明, 该移相器移相范围为360°, 带宽为200 MHz, 中心频率移相误差小于15°, 插入损耗波动小于3.5 dB。     

卫通的数字移相电路设计与建模

相控阵天线利用移相器改变波束指向使其对准卫星,同时完成信息交换。每个天线阵列都要使用移相器来完成波束扫描,因此移相器的参数指标,对整个相控阵系统至关重要。设计了一款适用于大S相控阵天线的六位数字移相电路,此电路由六个相移单元级联得到,小相位与大相位分别采用加载线单元与开关线单元实现。通过ADS对移相单元建模与优化,最后得出:在1.995GHz-2.185GHz频段里,中心频点处相移差低于0.6°,插损低于1.35dB,驻波比优于1.45,仿真数据显示,此研究达到大S天线进行波束扫描的移相器的要求。     

基于BST薄膜移相器的双频相控阵天线

为减小无源相控阵列天线的尺寸,提高阵列天线的转向能力,对以铁电薄膜移相器为移相单元的相控阵列天线进行了研究,提出了一种工作于15 GHz与18 GHz的双频1×4扇形微带贴片天线阵模型.该天线阵由共面叉指电容波导型铁电薄膜移相器、扇形微带天线及天线阵列组成.利用全波电磁仿真软件HFSS,通过改变钛酸锶钡(BST)铁电薄膜的介电常数,模拟加载不同偏置电压情况下BST薄膜移相器的相移特性,调试天线阵辐射转向角,实现了天线阵±22°转向,有效提高了天线阵列的转向能力.通过使用钛酸锶钡薄膜新型铁电材料,实现了天线阵列尺寸的缩小.     

基于缺陷地慢波传输线结构的液晶移相器设计

为了实现低插损、大相位覆盖范围的加载缺陷地结构(DGS)的微带线液晶移相器,利用 HFSS仿真软件对 DGS微带线液晶移相器进行建模和仿真,通过改变DGS的形状来改变单个移相单元的色散特性,提升单个单元的移相能力,从而减少移相单元的使用数量,降低移相器传输线整体插损。以哑铃型DGS的液晶微带线移相器作为参考标准,比较了5种形状的DGS(哑铃型、减少DGS面积、一阶分形、三角形、交叉型)的移相能力和插损差异。仿真结果表明:下一阶分形和交叉型DGS微带线液晶移相器移相能力较好,最后对不同介电常数的移相器进行仿具观察其S 参数和移相能力,进一步验证了这一结果。     

七位数控雷达中频移相器的设计

移相器是相控阵雷达、卫星通信、移动通信设备中的核心组件,它的工作频带、插入损耗直接影响着这些设备的抗干扰能力和灵敏度,以及系统的重量、体积和成本。本文介绍一种由电压比较器控制的七级T型LC移相网络,七级网络分别移相2．81°、5．62°、11．24°、22．5°、45°、90°、180°。电压比较器输出高电平或者低电平来控制这各级移相网络是否接入,实现信号0°～360°的相移。     

空间移相干涉仪的移相误差分析和测试

分析研究了一种基于二维正交光栅分光的空间移相干涉仪的移相性能,指出移相器偏振片组中偏振单元的方位角偏差将直接产生2倍的移相误差,同时干涉图的空间一致性失调也会产生一定的移相误差.在根据原理方案搭建的实验系统中,分别采用测量4幅干涉图的对应消光位置法,以及作出干涉图同一行的光强拟合曲线之间的李萨茹图法,来测量出干涉图之间的实际移相量.结果表明,实验系统中经过空间一致性校准的干涉图之间的移相误差在±1.2°以内.     

基于RF MEMS开关的移相器设计

传统电子移相器由于损耗问题难以向更高频率发展,射频微机电系统(RF MEMS)技术的出现使其得以替代半导体开关来设计更高频率的移相器.利用具有优异RF性能的串联电阻式RFMEMS开关来进行开关线式移相器设计,通过开关切换不同的信号延迟通路,以实现从0°-180°步进22.5°的相移功能.仿真结果表明,该移相器在5.8 GHz时,插入损耗在-0.3--0.7 dB变化,输入回损低于-20 dB,相移功能正确.     

基于液晶材料的太赫兹反射式移相单元

为开发一种基于液晶材料的双偶极子结构反射式移相单元,文章根据液晶材料介电常数可调的特性,实现了在太赫兹频段的移相功能,并提出一种具有辅助电极的偏置电路结构用于减小液晶分子排列的不均匀性。仿真分析了单元反射波幅度和相位特性曲线,采用光刻技术加工液晶移相阵列和25 V偏置电压下在356 GHz测得240°相移,从而证明液晶移相单元在太赫兹频段具有电控可调移相能力。     

一种结合施密特频率选择器的DLL型90°移相器

为了应对传统延时锁相环(Delay locked loop,DLL)的谐波锁定问题,提出一种结合施密特频率选择器的DLL型90°移相器.采用施密特频率选择器和双数控延时线结构,有效提高该移相器的锁定频率范围.另外,提出的施密特频率选择器能有效抑制输入时钟频率噪声,使移相器稳定工作.在SMIC 55 nm CMOS工艺下流片,工作电压1.2 V,版图有效面积为0.131 mm2.测试结果表明,提出的移相器在250 MHz到800 MHz频率范围内稳定工作;800MHz时,功耗为5.98 mW,且90°相移时钟的抖动峰峰值和均方根值分别是25.9 ps和2.8 ps.     

K波段双通道集成CMOS发射前端芯片设计

采用TSMC 90 nm CMOS工艺,设计并实现了一款具有移相功能的K波段双通道集成发射前端芯片.该芯片主要由一个功率分配器、两组参数不同的有源移相器和功率放大器构成,同时在片上集成了用于控制移相器的数字模块.测试结果表明,在中心频点25 GHz处,两个通道的增益分别为19.1 dB和18.9 dB,输出1 dB压缩点分别为9.57 dBm和8.41 dBm,相位误差分别为1.38°和1.47°,供电电压为1.2 V,总功耗为0.32 W,芯片总面积为2.2 mm×1.25 mm.      

一种80MHz移相器的设计方法

本文介绍了一种中频模拟移相器,该移相器工作频率为80MHz,带宽10MHz,移相度数可达246°,移相线性度较好,最大插入损耗1.85dB,幅度变化小于0.6dB。     

用于相控阵雷达的新型铁电移相器

研制了一种用于相控阵雷达的新型铁电体陶瓷移相器.利用四级阻抗匹配技术有效解决了铁电体陶瓷移相器中高低介电常数材料间的匹配问题,设计出了移相器的整体结构.研制出了BST基铁电体陶瓷材料,其介电性能的静态介电常数为98～100(3.2 GHz)、高频损耗为0.004 7(3.2 GHz)、调谐率约为15%(E=5 kV/mm).利用上述材料实现了铁电移相器的制备.实验结果表明:当外加偏置电压为12 kV时,该移相器可实现360°相移,在10%带宽内驻波比小于1.35,移相器损耗小于3.5 dB,功耗小于0.4 W.     

F波段液晶反射移相单元的研究

文章设计了一种工作在F波段的单偶极子液晶反射移相阵列,液晶反射移相阵列由多个单偶极子谐振结构单元、液晶、石英板和金属铜组成。首先通过电磁仿真软件,基于等效介电常数模型对单偶极子液晶反射移相阵列的单元进行设计,分析了液晶材料的不均匀性和各向异性,建立了精准的仿真模型,对液晶反射移相阵列的单元进行分析,最后对实际制作的单偶极子液晶反射移相阵列进行了测试,测试结果显示加载20V偏置电压可以在102GHz附近实现190°以上的相移。