专利名称：一种宽带电调移相器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电调移相器，尤其涉及一种单电压控制的宽带电调移相器。
背景技术：
移相器在雷达、通信、仪器、仪表等众多技术领域有着广泛的应用。尤其是相控阵雷达的出现极大的促进了可调移相器的发展，相控阵雷达依靠T/R组件中的移相器来实现天线波束在空中的扫描，移相器的移相精度和响应速度等指标的好坏直接影响到系统波束在空中定位的准确性和波速主瓣对旁瓣的抑制度。随着移动通信技术的发展，移相器广泛应用于调制解调技术中，另外移相器可以控制移动通信中天线波束的方向从而对无信号区域的“扫盲”。随着航空、航天技术的发展以及军事上的需要，对测量相位提出了一些新的要求如更高的测量精度及更高分辨能力。测量相位中最重要的部件之一就是移相器。测量系统的发展非常迅速，这也为发展新型的移相器提出了更迫切的要求。研制移相精度高、插入损耗小、相位连续可调、体积小、重量轻、成本低廉、可靠性高的移相器成为亟待解决的问题。左右手复合传输线由于在带宽、相位等方面性能优势，国外已经有大量科研人员从事相关移相器设计及其工程应用研究。如Christian Dam等人采用多层板结构，多电压控制设计出基于左右手复合传输线电调移相器[见Christian Damm, Martin Schler, Jens Freese, and Rolf Jakoby, "Artificial Line Phase Shifter with separately tunable Phase and Line Impedance", Proceedings of the 36th European Microwave Conference, EuMC2006,ρ 423-426，2007]。Mohsen Sazegar，Yuliang Zheng等人采用分布式左手传输线集成铁电材料设计出用于天线阵列的电调移相器[见Mohsen Sazegar，Yuliang Zheng, Holger Maune, Christian Damm,Xianghui Zhou,Joachim Binder,Rolf Jakoby,"Low-Cost Phased-Array Antenna Using Compact Tunable Phase Shifters Based on Ferroelectric Ceramics，，， IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 59, NO. 5, MAY 2011]； 国内对左右手复合传输线的研究目前还处于起步阶段，大多数相关产品都停留在实验阶段，还没有报道将左右手复合传输线技术应用于实际的工程。浙江大学ZOU Yong-zhuo 等人设计出利用传统右手传输线与复合传输对比实现90度移相功能的移相器[见ZOU Yong-zhuo,LIN Zhi-li,LING Ti,YAO Jun, HE Sailing, "A new broadband differential phase shifter fabricated using a novel CRLH structure，，，Journal of Zhejiang University =Science A, v8, nlO, pl568_1572，October 2007]，由于其固定移相，具有不可调性，其实际工程应用非常有限。香港大学.3^叫，3.1.0^111^，1\ I. Yuk曾采用分布参数复合传输线结构集成PIN管设计出6位数字式窄带电调移相器[见J. a!ang，S.W. Cheung, Τ. I.Yuk,"A Compact 6-bit Phase Shifter with High-Power Capacity Based on Composite Right/Left-Hand Transmission Line”， European Microwave Conference， EuMC2010，p437-440，2010]。由于带宽窄且釆用多电压控制限制了其在实际中的应用。发明内容本实用新型提供一种基于左右手复合传输线的宽带电调移相器，该电调移相器具有带宽宽、移相量大、尺寸小、便于控制、成本低的特点。本实用新型技术方案如下一种宽带电调移相器，如图1所示，包括一个串联支路、三个并联支路和一个单电压直流偏置电路。所述串联支路包括两个电感Lsi和Ls2、两个变容二极管D1和D2、两个电容Csi和Cs2 和五条微带线；第一变容二极管D1的正极通过第一微带线与所述宽带电调移相器的输入端相连，其负极通过第二微带线与第一电感Lsi的一端相连；第二变容二极管&的正极通过第五微带线与所述宽带电调移相器的输出端相连，其负极通过第四微带线与第二电感的一端相连；第一电感Lsi的另一端和第二电感Ls2的另一端之间连接第三微带线；第一电容 Csi并联于第一变容二极管D1上，第二电容Cs2并联于第二变容二极管D2上。所述三个并联支路中第一并联支路包括第三变容二极管D3、第三电容Cptll和第三电感Lp21 ；第三变容二极管D3的正极和第三电感Lp21的一端接地，第三变容二极管D3的负极通过第六微带线接第三电容Cptll的一端，第三电容Cptll的另一端与第三电感Lp21的另一端相连并接至所述串联支路的第一微带线上。第二并联支路包括第六变容二极管D6、第四电容Cptl2和第四电感Lp22 ；第六变容二极管D6的正极和第四电感Lp22的一端接地，第六变容二极管D6的负极通过第九微带线接第四电容Cptl2的一端，第四电容Cptl2的另一端与第四电感的另一端相连并接至所述串联支路的第五微带线上。第三并联支路包括第四变容二极管D4、第五变容二极管D5、第五电容Cpl、第六电容 Cp2和第五电感Lpl ；第四、第五变容二极管D4和D5的正极以及第五电感Lpl的一端接地，第四、第五变容二极管D4和D5的负极通过第八微带线接第六电容Cp2的一端，第六电容Cp2的另一端和第五电感Lpl的另一端通过第七微带线接第五电容Cpl的一端，第五电容Cpl的另一端接至所述串联支路的第三微带线上。所述单电压直流偏置电路B包括四个电感L6、L7、L8和L9和一个电容C7 ；直流偏置电压信号通过第十微带线分别与第六、七、八、九电感L6、L7、L8和L9的一端相连，第六电感 L6的另一端接至所述第一并联支路的第六微带线上，第七电感L7的另一端接至所述第三并联支路的第七微带线上，第八电感L8的另一端接至所述串联支路的第三微带线上，第九电感“的另一端接至所述第二并联支路的第九微带线上；第七电容C7的一端接地，第七电容 C7的另一端接至第十微带线上。上述方案中，需要解释的是1、所述串联支路中，变容二极管上并联的电容，其作用是达到阻抗匹配拓展带宽的目的。2、所述第三并联支路中，第五电容Cpl的作用是隔直馈电和拓展带宽；采用两个并联变容二极管其目的是增大电容值随电压的改变量以达到增加移相量的目的。3、电路中电容电感的取值尽可能使得串联谐振频率与并联谐振频率尽可能的靠近以保证电路的带通特性。本实用新型提供的宽带电调移相器，包括一路串联支路，三路并联支路，单电压直流偏置电路B以及用于集总元件焊接的微带线。电路中所有变容二极管均采用电容、电感构成的低通滤波馈电网络B进行统一调控，通过调节单电压来改变所有变容二极管电容值，以实现在特定宽频带信号导通功能同时实现对其相位的调控。本实用新型除具有性能上的宽带移相的特点外，还具有体积小、成本低、节能环保及便于系统集成的特点，可广泛用于新型微波器件设计、天线等领域。4、其他说明电路中所用集总参数元件通过焊接在50欧姆微带线上，所有微带线宽度应满足50欧姆阻抗特性要求，长度以满足实际焊接所需要的长度为准。电容、电感、变容管及微带线集成在微波电路板上并通过微带线进行馈电，实现平面电路中特定宽频带信号导通同时对其相位的调控。5、在上述基础上通过由电容、电感构成的低通网络以实现单电压对所有变容管进行统一调控。本实用新型的有益效果是本实用新型采用集总参数元件集成微带线，并采用单电压直流偏置电路对所有变容管进行调控，相对于分布参数电路结构具有体积小、成本低的优势；实际应用中可以根据实际的需要，选择不同电容、电感值来调节所需导通频率、移相量。另外相位的0-180°连续可调使得在相位控制上有极大的自由度。本实用新型性能上能够实现相对带宽40%频率范围内相位0-180度连续可调，整个电路结构属于平面电路， 具有移植方便及便于系统集成的特点。。
图1是本实用新型宽带电调移相器的电路结构图。图2是本实用新型电路结构的S参数幅度测试结果。图3是本实用新型电路结构的S21相位测试结果。
具体实施方式
图1为本实用新型宽带电调移相器的电路结构图，包括一条串联电路，三条并联支路以及一单电压直流偏置电路B。所述串联支路包括两个电感Lsi和Ls2、两个变容二极管D1和D2、两个电容Csi和Cs2 和五条微带线；第一变容二极管D1的正极通过第一微带线与所述宽带电调移相器的输入端相连，其负极通过第二微带线与第一电感Lsi的一端相连；第二变容二极管&的正极通过第五微带线与所述宽带电调移相器的输出端相连，其负极通过第四微带线与第二电感的一端相连；第一电感Lsi的另一端和第二电感Ls2的另一端之间连接第三微带线；第一电容 Csi并联于第一变容二极管D1上，第二电容Cs2并联于第二变容二极管D2上。下面对三条并联支路分别介绍。第一并联支路包括第三变容二极管D3、第三电容Cptll和第三电感Lp21 ；第三变容二极管D3的正极和第三电感Lp21的一端接地，第三变容二极管D3的负极通过第六微带线接第三电容Cptll的一端，第三电容Cptll的另一端与第三电感Lp21的另一端相连并接至所述串联支路的第一微带线上。[0030]第二并联支路包括第六变容二极管D6、第四电容Cptl2和第四电感Lp22 ；第六变容二极管D6的正极和第四电感Lp22的一端接地，第六变容二极管D6的负极通过第九微带线接第四电容Cptl2的一端，第四电容Cptl2的另一端与第四电感的另一端相连并接至所述串联支路的第五微带线上。第三并联支路包括第四变容二极管D4、第五变容二极管D5、第五电容Cpl、第六电容 Cp2和第五电感Lpl ；第四、第五变容二极管D4和D5的正极以及第五电感Lpl的一端接地，第四、第五变容二极管D4和D5的负极通过第八微带线接第六电容Cp2的一端，第六电容Cp2的另一端和第五电感Lpl的另一端通过第七微带线接第五电容Cpl的一端，第五电容Cpl的另一端接至所述串联支路的第三微带线上。所述单电压直流偏置电路B包括四个电感L6、L7、L8和L9和一个电容C7 ；直流偏置电压信号通过第十微带线分别与第六、七、八、九电感L6、L7、L8和L9的一端相连，第六电感 L6的另一端接至所述第一并联支路的第六微带线上，第七电感L7的另一端接至所述第三并联支路的第七微带线上，第八电感L8的另一端接至所述串联支路的第三微带线上，第九电感“的另一端接至所述第二并联支路的第九微带线上；第七电容C7的一端接地，第七电容 C7的另一端接至第十微带线上。上述四个电感(L6、L7、L8、L9)和第七电容(C7)构成低通网络，以实现对所有变容管进行统一偏置控制，用于集总元件焊接的微带线采用长方形结构，其宽度满足50欧姆特性阻抗的要求，长度除了满足焊接所必需的尺寸大小之外，还需要根据电路结构的整体优化结果进行调整。另外，长方形微带线的四个直角还可以适当的制备成圆弧状以降低辐射损耗。本实用新型实施例的宽带电调移相器的整体电路集成在国产F4B基板上，输入输出为50 Ω微带线。电路中变容管选取ΒΒ833系列变容管，贴片电容、电感取值优选为LS1 = Ls2 = 5. 6nH, Lpl = 3. 9nH, Lp21 = Lp22 = 8. 2nH, Cp01 = Cp02 = 6. 2pF, Cp2 = IOpF ；Cpl = IOpF ； Csi — Cs2 — 0· 5pF。本实用新型实施例中，通过串联支路中的第一变容管与第一贴片电容并联、第二变容管与第二贴片电容并联，以及通过第一并联支路、第二并联支路中变容管与贴片电容串联，从而有效地扩展了宽带。同时，通过单电压直流偏置电路B对所有变容管进行统一偏置控制，实现了电调移相。图2为本实用新型的S参数幅度测试结果。由S参数测试结果可以看出该移相器通带频率为lGHz-1. 5GHz，相对带宽为40%，通带内反射系数S11小于-10dB。图3为本实用新型的S21的相位测试结果，单电压的调节范围为5V至20V，在40% 相对带宽范围内实现相位0至180°连续可调。
权利要求1.一种宽带电调移相器，包括一个串联支路、三个并联支路和一个单电压直流偏置电路；其特征在于所述串联支路包括两个电感(Lsi和Ls2)、两个变容二极管(D1和D2)、两个电容(Csi和 Cs2)和五条微带线；第一变容二极管(D1)的正极通过第一微带线与所述宽带电调移相器的输入端相连，其负极通过第二微带线与第一电感(Lsi)的一端相连；第二变容二极管(D2)的正极通过第五微带线与所述宽带电调移相器的输出端相连，其负极通过第四微带线与第二电感(Ls2)的一端相连；第一电感(Lsi)的另一端和第二电感(Ls2)的另一端之间连接第三微带线；第一电容(Csi)并联于第一变容二极管(D1)上，第二电容(Cs2)并联于第二变容二极管(D2)上；所述三个并联支路中第一并联支路包括第三变容二极管(D3)、第三电容(Cptll)和第三电感(Lp21)；第三变容二极管(D3)的正极和第三电感(Lp21)的一端接地，第三变容二极管(D3)的负极通过第六微带线接第三电容(Cptll)的一端，第三电容(Cptll)的另一端与第三电感(Lp21)的另一端相连并接至所述串联支路的第一微带线上；第二并联支路包括第六变容二极管(D6)、第四电容(Cptl2)和第四电感(Lp22)；第六变容二极管(D6)的正极和第四电感(Lp22)的一端接地，第六变容二极管(D6)的负极通过第九微带线接第四电容(Cptl2)的一端，第四电容(Cptl2)的另一端与第四电感(Lp22)的另一端相连并接至所述串联支路的第五微带线上；第三并联支路包括第四变容二极管(D4)、第五变容二极管(D5)、第五电容(Cpl)、第六电容(Cp2)和第五电感(Lpl)；第四、第五变容二极管(DjPD5)的正极以及第五电感(Lpl)的一端接地，第四、第五变容二极管(队和1)5)的负极通过第八微带线接第六电容(Cp2)的一端， 第六电容(Cp2)的另一端和第五电感(Lpl)的另一端通过第七微带线接第五电容(Cpl)的一端，第五电容(Cpl)的另一端接至所述串联支路的第三微带线上；所述单电压直流偏置电路⑶包括四个电感(L6、L7、LjnL9)和一个电容(C7)；直流偏置电压信号通过第十微带线分别与第六、七、八、九电感(L6、L7、L8*L9)的一端相连，第六电感(L6)的另一端接至所述第一并联支路的第六微带线上，第七电感(L7)的另一端接至所述第三并联支路的第七微带线上，第八电感(L8)的另一端接至所述串联支路的第三微带线上，第九电感(L9)的另一端接至所述第二并联支路的第九微带线上；第七电容(C7)的一端接地，第七电容(C7)的另一端接至第十微带线上。
2.根据权利要求1所述的宽带电调移相器，其特征在于，所述七个电容(CS1、CS2、Cp01, Cp02、Cpl、Cp2和C7)为贴片电容。
3.根据权利要求1所述的宽带电调移相器，其特征在于，所述十条微带线特性阻抗为 50欧姆。
4.根据权利要求1所述的宽带电调移相器，其特征在于，所述十条微带线中，每条微带线的四个角为圆弧状。
5.根据权利要求1所述的宽带电调移相器，其特征在于，所述六个变容二极管(DpD2、 D3、D4、D5和D6)为BB833系列变容二级管。
专利摘要本实用新型提供了一种宽带电调移相器，尤其是涉及一种单电压控制的宽带电调移相器。该移相器包括一路串联支路，三路并联支路和单电压直流偏置电路。电路中所有变容二极管均采用电容、电感构成的低通滤波馈电网络进行统一调控，通过调节单电压来改变所有变容二极管电容值，以实现在特定宽频带信号导通功能同时实现对其相位的调控。本实用新型除具有性能上的宽带移相的特点外，还具有体积小、成本低、节能环保及便于系统集成的特点，可广泛用于新型微波器件设计、天线等领域。
文档编号H01P1/185GK202259604SQ20112039895
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者吴杨生, 林先其, 樊勇, 程飞 申请人:电子科技大学