专利名称：多倍频程砷化镓微波单片数字、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、制导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在多倍频程砷化镓微波单片集成控制电路技术领域内。由于兼容多种极性控制信号的多倍频程砷化镓微波单片集成电路的数字、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、可靠性高和系统使用时不需要控制信号极性转换驱动电路可减小系统复杂性等显著优点，在许多现代最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)输入和输出端电压驻波比；7)开关速度；8)芯片尺寸；9)输出功率1分贝压缩；10)芯片间电性能一致性；11)控制端的数目；12)能否兼容多种极性控制信号。
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)相移精度低；2)输出和输出端电压驻波比差；3)受工艺控制参数影响芯片间电性能一致性差；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差；5)芯片尺寸较大；6)工作频率带宽较窄；7)成品率较低；8)控制端较多；9)不可兼容多种极性控制信号及使用不便。
本实用新型的发明目的就是提供一种能提高相移精度，改善输入和输出端电压驻波比，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，使控制端口最少，并可兼容各种极性控制信号，减小系统复杂性的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器。
本实用新型由一个180度位移相电路、一个90度位移相电路、一个45度位移相电路、一个22．5度位移相电路、一个11．25度位移相电路相串联所组成，180度位移相电路的输入端为信号输入端，180度位移相电路输出端接90度位移相电路输入端，90度位移相电路输出端接45度位移相的输入端，45度位移相电路输出端接22．5度位移相电路的输入端，22．5度位移相电路输出端接11．25度位移相电路的输出端，11．25度位移相电路的输出端为信号输出端，每位移相电路均连接同一参考电压VR，相应控制端为K1-K5。180度位移相电路和90度位移相电路为反射型数字、模拟兼容移相电路，45度位移相电路、22．5度位移相电路、11．25度位移相电路均为高低通传输型数字模拟兼容移相电路。构成180度位移相电路和90度位移相电路的反射型数字模拟兼容移相电路分别由对称于微带多指型耦合器L1或L2的上下两部分兼容多极性电平单元电路构成，其中在微带多指型耦合器L1上部的兼容多极性电平单元电路中，场效应晶体管T1的源极接电容器C3，电容器C3的另一端接微带线X3，微带线X3的另一端接微带多指型耦合器L1，晶体管T1的漏极接一个电容器C2和一个电阻R17，电容器C2的另一端接地，电阻R17的另一端接参考电压VR，晶体管T1的栅极通过电阻R1与控制端K1相接。22．5度位移相电路、11．25度位移相电路由单个的串接兼容多极性电平单元电路构成，45度位移相电路由两个单个串接兼容多极性电平单元电路串联构成，其中组成11．25度位移相电路的单个串接兼容多极性电平单元电路以三个相串联的晶体管T14、T15、T16组成，该三个晶体管的栅极分别通过电阻R14、R15、R16与控制端K5相接，在晶体管T14的源极与漏极之间并联有电阻R35，在晶体管T15的源极与漏极并联电阻R34和电容C16，在晶体管T16的源极与漏极之间并联有电阻R33，微带线X22接在晶体管T14的漏极，微带线X23接在晶体管T16的漏极，微带线X21的一端接电阻R34，另一端为信号输出端，微带线X20的一端接电阻R34，另一端为信号输入端。
本实用新型优点在于1)180度和90度位改善了相移精度；输入和输出驻波、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；减化了电路结构和工艺流程；提高了成品率；减少了控制端并可以兼容多种极性控制信号；同时具备数字和模拟移相功能(当控制信号电平为VR时导通，当控制信号为VR-|VP|时关断，VP为场效应晶体管夹断电压。T1和T2或T3和T4只有导通和关断两种状态时，为数字移相状态。当T1和T2或T3和T4的控制电平从VR-|VP|到VR之间均匀变化时其插入相移也均匀变化，为模拟移相状态)。
2)45度、22．5度、11．25度位改善了相移精度；大大减小了芯片尺寸、改善了输入和输出驻波、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；提高了成品率；减少了控制端并可以兼容多种极性控制信号；同时具备数字和模拟移相功能(当T5、T6、T7、T8、T9和T10或T11、T12和T13或T14、T15和T16只有导通和关断两种状态时，为数字移相状态。当T5、T6、T7、T8、T9和T10或T11、T12和T13或T14、T15和T16的控制电平从VR-|VP|到VR之间均匀变化时其插入相移也均匀变化，为模拟移相状态)。
图1是本实用新型的电路结构框图。其中包括180度位移相电路(A)、90度位移相电路(B)、45度位移相电路(C)、22．5度位移相电路(D)和11．25度移相电路(E)、参考电压端VR以及控制端K1、K2、K3、K4、K5，信号输入端P1，信号输出端P2。
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
本实用新型的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器主要由一个180度位移相电路(A)、一个90度位移相电路(B)、一个45度位移相电路(C)、一个22．5度位移相电路(D)、一个11．25度位移相电路(E)五部分串联而成，以下对该五部分的实施方案和工作原理分别进行描述。
1)180度位移相电路(A)它由两只砷化镓开关场效应晶体管(T1、T2)、微带线X1-X4、微带交指结构耦合器L1、电阻(R1、R2、R17、R18、R36、R37)、电容C1-C6、通孔接地端、控制端K1和参考电压端VR组成。微带线X3一端接微带交指型耦合型L1，另一端接C3和R36，R36另一端接C1一端，C1另一端接地，C3另一端接场效应管T1，T1另一端接C2和R17，C2另一端接地，R17另一端接VR。X4一端接微带交指型耦合型L1，另一端接C4和R37，R37另一端接C5一端，C5另一端接地，C4另一端接场效应管T2，T2另一端接C6和R18，C6另一端接地，R18另一端接参考电压端VR。控制端K1通过电阻R1与场效应管T1栅极相接，通过电阻R2与场效应管T2栅极相接。工作时，参考电压端电平为VR，控制端K1电平为VR时，T1、T2为导通态，控制端K1电平为VR-|VP|时，T1、T2为关断态，两种状态下多倍频程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度位移相电路(B)它由两只砷化镓开关场效应晶体管(T3、T4)、微带线X5-X8、微带交指结构耦合器L2、电阻(R3、R4、R19、R20、R38、R39)、电容C7-C12、通孔接地端、控制端K2和参考电压端VR组成。微带线X7一端接微带交指型耦合型L2，另一端接C9和R38，R38另一端接C7一端，C7另一端接地，C9另一端接场效应管T3，T3另一端接C8和R19，C8另一端接地，R19另一端接VR。X8一端接微带交指型耦合型L2，另一端接C10和R39，R39另一端接C11一端，C11另一端接地，C10另一端接场效应管T4，T4另一端接C12和R20，C12另一端接地，R20另一端接参考电压端VR。控制端K2通过电阻R3与场效应管T3栅极相接，通过电阻R4与场效应管T4栅极相接。工作时，参考电压端电平为VR，控制端K2电平为VR时，T3、T4为导通态，控制端K2电平为VR-|VP|时，T3、T4为关断态，两种状态下多倍频程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度位移相电路(C)它由六只砷化镓开关场效应晶体管(T5-T10)、微带线X9-X15、电阻(R5、R6、R7、R8、R9、R10、R21、R24、R25、R26、R27、R28、R29)、电容C13和C14、控制端K3和参考电压端VR组成。微带线X9一端接90度位输出端，另一端接R21、R24、R25、C13、场效应管T9和T10的源极，R21另一端接参考电压端接VR，R24另一端和T10漏极与微带型开路线X15相连，R25和C13另一端与T9的漏极、X10、R26和T8源极连接，R26另一端和场效应管T8的漏极与微带型开路线X14相连，微带线X10另一端接R27、R28、C14、场效应管T6和T7的源极，R27另一端和T7漏极及微带型开路线X13相连，R28和C14另一端与T7的漏极、X11、R29和T5源极连接，R29另一端和场效应管T5的漏极与微带型开路线X12相连，微带线X11另一端接22．5度位输入端。T5的栅极通过电阻R5，T6的栅极通过电阻R6，T7的栅极通过电阻R7，T8的栅极通过电阻R8，T9的栅极通过电阻R9，T10的栅极通过电阻R10与控制端K3相连。工作时，参考电压端电平为VR，控制端K3电平为VR时，T5-T10为导通态，控制端K3电平为VR-|VP|时，T5-T10为关断态，两种状态下多倍程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度位移相电路(D)它由三只砷化镓开关场效应晶体管(T11-T13)、微带线X16-X19、电阻(R11、R12、R13、R22、R30、R31、R32)、电容C15、控制端K4和参考电压端VR组成。微带线X17一端接45度位输出端，另一端接R31、R32、C15、场效应管T11和T12的源极，R32另一端和T11漏极与微带型开路线X18相连，R31和C15另一端与T12的漏极、X16、R22、R30和T13源极连接，R26另一端和场效应管T13的漏极与微带型开路线X19相连，R22另一端接参考电压端VR，微带线X16另一端接11．25度位输入端。T11的栅极通过电阻R11，T12的栅极通过电阻R12，T13的栅极通过电阻R13与控制端K3相连。工作时，参考电压端电平为VR，控制端K4电平为VR时，T11-T13为导通态，控制端K4电平为VR-|VP|时，T11-T13为关断态，两种状态下多倍频程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
5)11．25度位移相电路(E)它由三只砷化镓开关场效应晶体管(T14-T16)、微带线X20-X23、电阻(R14、R15、R16、R23、R33、R34、R35)、电容C16、控制端K5和参考电压端VR组成。微带线X20一端接22．5度位输出端，另一端接R23、R33、C34、C16、场效应管T15和T16的源极，R23另一端接参考电压端VR，R33另一端和T16漏极与微带型开路线X23相连，R34和C16另一端与T15的漏极、X21、R35和T14源极连接，R35另一端和场效应管T14的漏极与微带型开路线X22相连，微带线X21另一端接信号输入端P2。T14的栅极通过电阻R14，T15的栅极通过电阻R15，T16的栅极通过电阻R16与控制端K5相连。工作时，参考电压端电平为VR，控制端K5电平为VR时，T14-T16为导通态，控制端K4电平为VR-|VP|时，T14-T16为关断态，两种状态下多倍频程传输信号相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
根据以上所述，按照图二的电路图，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1．一种多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，由砷化镓场效应晶体管、微带线及微带交指型耦合器及电阻、电容组成的移相器所组成，其特征在于该多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器由一个180度位移相电路(A)、一个90度位移相电路(B)、一个45度位移相电路(C)、一个22．5度位移相电路(D)、一个11．25度位移相电路(E)相串联所组成，180度位移相电路(A)的输入端为信号输入端，180度位移相电路(A)输出端接90度位移相电路(B)输入端，90度位移相电路(B)输出端接45度位移相(C)的输入端，45度位移相电路(C)输出端接22．5度位移相电路(D)的输入端，22．5度位移相电路(D)输出端接11．25度位移相电路(E)的输出端，11．25度位移相电路(E)的输出端为信号输出端，每位移相电路均连接同一参考电压VR，相应控制端为K1-K5。
2．根据权利要求1所述的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，其特征在于180度位移相电路(A)和90度位移相电路(B)为反射型数字、模拟兼容移相电路，45度位移相电路(C)、22．5度位移相电路(D)、11．25度位移相电路(E)均为高低通传输型数字模拟兼容移相电路。
3．根据权利要求1或2所述的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，其特征在于构成180度位移相电路(A)和90度位移相电路(B)的反射型数字模拟兼容移相电路分别由对称于微带多指型耦合器L1或L2的上下两部分兼容多极性电平单元电路构成，其中在微带多指型耦合器L1上部的兼容多极性电平单元电路中，场效应晶体管T1的源极接电容器C3，电容器C3的另一端接微带线X3，微带线X3的另一端接微带多指型耦合器L1，晶体管T1的漏极接一个电容器C2和一个电阻R17，电容器C2的另一端接地，电阻R17的另一端接参考电压VR，晶体管T1的栅极通过电阻R1与控制端K1相接。
4．根据权利要求1或2所述的多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器，其特征在于22．5度位移相电路(D)、11．25度位移相电路(E)由单个的串接兼容多极性电平单元电路构成，45度位移相电路(C)由两个单个串接兼容多极性电平单元电路串联构成，其中组成11．25度位移相电路的单个串接兼容多极性电平单元电路以三个相串联的晶体管T14、T15、T16组成，该三个晶体管的栅极分别通过电阻R14、R15、R16与控制端K5相接，在晶体管T14的源极与漏极之间并联有电阻R35，在晶体管T15的源极与漏极并联电阻R34和电容C16，在晶体管T16的源极与漏极之间并联有电阻R33，微带线X22接在晶体管T14的漏极，微带线X23接在晶体管T16的漏极，微带线X21的一端接电阻R34，另一端为信号输出端，微带线X20的一端接电阻R34，另一端为信号输入端。
专利摘要多倍频程砷化镓微波单片数字、模拟移相器是一种用于通讯等领域的电子部件,180度位移相电路输出端接90度位移相电路移相电路输入端,90度位移相电路输出端接45度位移相的输入端,45度位移相电路输出端接22.5度位移相电路的输入端,22.5度位移相电路输出端接11.25度位移相电路的输入端,11.25度位移相电路的输出端为信号输出端,每位移相电路均连接同一参考电压V
文档编号H03H11/02GK2417635SQ00220019
公开日2001年1月31日 申请日期2000年4月19日 优先权日2000年4月19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