专利名称：超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种主要用于移动通信、雷达、电子对抗和仪器等电子系统和设备中的部件，属于砷化镓微波单片集成控制电路的技术领域。
在超宽带砷化镓微波单片集成控制电路领域内，由于超宽带砷化镓微波单片集成电路数字、模拟移相器具有工作频率范围宽、体积小、重量轻、开关速度快、无功耗和可靠性高等优点，在许多现代先进的电子系统和设备中倍受欢迎。描述这种产品性能的参数和主要技术指标有1)工作频率带宽；2)相移位数；3)相移精度(或线性度，模拟移相状态)；4)插入损耗；5)各态插入损耗差；6)输入和输出端反射损耗；7)输出功率1分贝压缩；8)开关速度；9)芯片尺寸；10)芯片间电性能一致性。
同类产品由于设计采用的电路拓扑和工艺实现途径的缺陷，存在下列缺点1)相移精度不够高；2)输入和输出端反射损耗指标较差；3)芯片间电性能由于受工艺控制参数影响一致性差；4)芯片间电性能一致性受工艺控制参数影响小的方案，其插入损耗和各态插入损耗差指标较差；5)芯片尺寸较大；6)工作频率带宽较窄；7)成品率较低。
本实用新型的发明目的就是提供一种能提高相移精度，改善输入和输出端反射损耗指标、使芯片间电性能一致性受工艺控制参数影响最小、减小插入损耗和各态插入损耗差，减小芯片尺寸、展宽工作频率带宽、提高成品率的超宽带砷化镓单片数字，模拟移相器。
本实用新型的超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器主要由若干个移相器组合而成，即该移相器由一个180度位开关型数字移相电路、一个90度位反射型数字、模拟兼容移相电路、一个45度位反射型数字、模拟兼容移相电路、一个22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路所组成，180度位开关数字移相电路的输入端为信号输入端，180度位开关数字移相电路的输出端接90度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输入端，90度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输出端接45度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输入端，45度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输出端接22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输入端，22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输出端为信号输出端。180度位开关型数字移相电路中微带线X4的一端接地，另一端接微带线X3和微带线X2，控制端K1通过电阻R1与场效应管T1的栅极相接，控制端K1通过电阻R2与场效应管T2的栅极相连接，控制端K2通过电阻R3与场效应管T3的栅极相接，控制端K2通过电阻R4与场效应管T4的栅极相连接。90度位反射型数字、模拟兼容移相电路中场效应管T6的源极与地之间接有一个电阻R10和一个电容C4，控制端K3接在电阻R7和电阻R9的连接点处。场效应管T5的源极与地之间接有一个电阻R6和一个电容C2。45度位反射型数字、模拟兼容移相电路中场效应管T8的源极与地之间接有一个电阻R16和一个电容C8，场效应管T7的源极与地之间接有一个电阻R12和一个电容C6，控制端K4接在电阻R13和电阻R15的连接点处。22.5度和11.25度位反射型数字，模拟兼容移相电路中场效应管T11的源极与地之间接有一个电阻R23和一个电容C12，场效应管T12的源极与地之间接有一个电阻R22和一个电容C11，场效应管T10的源极与地之间接有一个电阻R9和一个电容C10，场效应管T9的源极与地之间接有一个电阻R18和一个电容C9，控制端K5接在电阻R20和电阻R24的连接点处，控制端K6接电阻R17和电阻R21。
本实用新型的优点在于1)180度位改善了相移精度；减小了芯片尺寸、输入和输出端反射损耗指标、插入损耗和各态插入损耗差、芯片间电性能受工艺控制参数影响的离散性；展宽了工作频率带宽；简化了电路结构和工艺流程；提高了成品率。
2)90度和45度位相移精度、输入和输出端反射损耗指标、各态插入损耗差改善大；提高了芯片间电性能受工艺控制参数影响一致性；展宽了工作频率带宽；简化了工艺流程；同时实现数字和模拟移相功能(当T5和T6或T7和T8只有导通和关断两种状态时，为数字移相状态。T5和T6或T7和T8的控制电平从零伏时到开关场效应场效应管夹断电压(负极性电压)间均匀变化时，其插入相移也均匀变化，为模拟移相状态)；提高了成品率。
3)22.5度和11.25度位大大减小了芯片尺寸和插入损耗；改善了相移精度、输入和输出端反射损耗指标、各态插入损耗差、芯片间电性能受工艺控制参数影响的离散性；展宽了工作频率带宽；简化了电路结构和工艺流程；同时实现数字和模拟移相功能(其原理与90度和45度位相同)；提高了成品率。
图1是本实用新型的电路结构框图。其中包括180度位开关型数字移相电路A、90度位反射型数字模拟兼容移相电路B、45度位反射型数字、模拟兼容移相电路C、22.5度和11.25度位反射型数字模拟兼容移相电路D、以及控制端K1、K2、K3、K4、K5、K6。
图2是本实用新型的电原理图。
本实用新型的实施方案如下本实用新型的超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器主要由一个180度位开关型数字移相电路A、一个90度位反射型数字、模拟兼容移相电路B、一个45度位反射型数字、模拟兼容移相电路C、一个22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路D四部分串联而成，以下对该四部分的实施方案和工作原理分别进行了描述。
1)180度位开关型数字移相电路A它由四只砷化镓开关场效应场效应管(T1、T2、T3和T4)、微带线X1～X5、微带交指结构耦合器(L1)、通孔接地端和一组互补的控制端K1、K2组成。180度位开关型数字移相电路中微带线X4的一端接地，另一端接微带线X3和微带线X2，控制端K1通过电阻R1与场效应管T1的栅极相接，控制端K1通过电阻R2与场效应管T2的栅极相连接，控制端K2通过电阻R3与场效应管T3的栅极相接。控制端K2通过电阻R4与场效应管T4的栅极相连接。控制信号分别接到开关场效应场效应管的栅极，当控制电平为零伏时为导通(低阻抗)状态，当控制电平为1至1.5倍的开关场效应场效应管夹断电压(负极性电压)时为关断(高阻抗)状态。工作时，T1和T3为导通状态，T2和T4为关断状态，另一种状态是T1和T3为关断状态，T2和T4为导通状态。这两种状态下超宽带传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移。反之亦然。
2)90度位反射型数字、模拟兼容移相电路B由两个砷化镓开关场效应场效应管(T5、T6)和微带线(X6、X7、X8、X9、X10、X11)、微带交指结构耦合器L2、电阻R5～R10、微带交指电容C1～C4、通孔接地端和一个控制端K3所组成。工作时，场效应管T5、T6导通为一种状态，关断为另一种状态，两种状态下超宽带传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
3)45度反射型数字、模拟兼容移相电路C，它由两只砷化镓开关场效应场效应管T7和T8、微带线X12～X15、微带交指结构耦合器L3电阻R11～R15，微带交指电容C5～C8，通孔接地端X12～X15和一个控制端K4组成。工作时，T7和T8导通为一种状态，T7和T8关断为另一种状态，两种状态下超宽带传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移。反之亦然。
4)22.5度和11.25度位为共享一个微带交指结构耦合器L4的反射型数字、模拟兼容移相电路。它由四只砷化镓开关场效应场效应管(T9、T10、T11、T12)、输入和输出微带线X16～X17、微带交指结构耦合器L4、电阻R17～R24、电感、微带交指电容C9～C12，通孔接地端和两个控制端K5、K6组成。工作时共有四种状态，T9、T10、T11和T12导通为一种状态，T9和T10关断、T11和T12导通为一种状态，T9和T10导通、T11和T12关断为一种状态，T9、T10、T11和T12关断为一种状态。四种状态下超宽带传输信号相位的差值，分别对应22.5度、11.25度、33.75度和-11.25度，这些便是所需要的插入相移。
根据以上所述，按照图2的电路图，采用砷化镓单片电路制造工艺，便可实现本实用新型。
权利要求1．一种超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器，由若干分移相器所组成，其特征在于该移相器由一个180度位开关型数字移相电路(A)、一个90度位反射型数字、模拟兼容移相电路(B)、一个45度位反射型数字、模拟兼容移相电路(C)、一个22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路(D)所组成，180度位开关数字移相电路(A)的输入端为信号输入端，180度位开关数字移相电路(A)的输出端接90度位反射型数字、模拟兼容移相电路(B)的输入端，90度位反射型数字、模拟兼容移相电路(B)的输出端接45度位反射型数字、模拟兼容移相电路(C)的输入端，45度位反射型数字、模拟兼容移相电路(C)的输出端接22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路(D)的输入端，22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路(D)的输出端为信号输出端。
2．根据权利要求1所述的超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器，其特征在于180度位开关型数字移相电路(A)中微带线X4的一端接地，另一端接微带线X3和微带线X2，控制端K1通过电阻R1与场效应管T1的栅极相接，控制端K1通过电阻R2与场效应管T2的栅极相连接，控制端K2通过电阻R3与场效应管T3的栅极相接，控制端K2通过电阻R4与场效应管T4的栅极相连接。
3．根据权利要求1或2所述的超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器，其特征在于90度位反射型数字、模拟兼容移相电路(B)中场效应管T6的源极与地之间接有一个电阻R10和一个电容C4，控制端K3接在电阻R7和电阻R9的连接点处，场效应管T5的源极与地之间接有一个电阻R6和一个电容C2。
4．根据权利要求1或2所述的超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器，其特征在于45度位反射型数字、模拟兼容移相电路(C)中场效应管T8的源极与地之间接有一个电阻R16和一个电容C8，场效应管T7的源极与地之间接有一个电阻R12和一个电容C6，控制端K4接在电阻R13和电阻R15的连接点处。
5．根据权利要求1或2所述的超宽带砷化镓单片数字、模拟移相器，其特征在于22.5度和11.25度位反射型数字，模拟兼容移相电路(D)中场效应管T11的源极与地之间接有一个电阻R23和一个电容C12，场效应管T12的源极与地之间接有一个电阻R22和一个电容C11，场效应管T10的源极与地之间接有一个电阻R9和一个电容C10，场效应管T9的源极与地之间接有一个电阻R18和一个电容C9，控制端K5接在电阻R20和电阻R24的连接点处，控制端K6接电阻R17和电阻R21。
专利摘要超宽带砷化镓单片数字模拟移相器是一种主要用于移动通讯、雷达、电子对抗和仪器等电子系统的设备中的部件,180度位开关数字移相电路的输入端为信号输入端,其输出端接90度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输入端,90度位移相电路的输出端接45度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输入端,45度移相电路的输出端接22.5度和11.25度位反射型数字、模拟兼容移相电路的输入端,22.5度和11.25度位移相电路和的输出端为信号输出端。
文档编号H03H17/08GK2424577SQ0021970
公开日2001年3月21日 申请日期2000年3月22日 优先权日2000年3月22日
发明者戴永胜, 陈堂胜 申请人:信息产业部电子第五十五研究所