基于复合左右手传输线的电可调移相器的制造方法
【专利摘要】基于复合左右手传输线的电可调移相器，涉及电可调移相器设计。它是为了解决现有移相器灵活性差，通用性差的问题。本发明在一个较小尺寸下可以实现一个连续变化的相移，而且此相移能达到400度，如果要改变移相器的相位变化范围，只需要改变移相器单元的数目即可，因为其总的相位可以近似于单个移相器的相移范围的叠加。因为整个移相器电路实现了较好的阻抗匹配，不会因为加入或减小移相器单元的数目而发生阻抗失配，这样在实际应用中能够根据用户的需要来设定单元的数目，具有较强的灵活性。而且其采用印刷电路，材料便宜，低剖面，易于与其他电路集成的优点，实用性较强。本发明是用于电可调移相器设计。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电可调移相器设计。 基于复合左右手传输线的电可调移相器
【背景技术】
[0002] 移相器是雷达系统中相控阵天线的重要组成器件，通过改变进入天线的信号相位 来实现波速扫描和波速变形。由于典型的相控阵天线是由数千个连接移相器的天线单元构 成，所以小型化、低损耗和低成本的移相器对于设计相控阵天线至关重要。按照其工作方 式，移相器可以分为数字移相器和模拟移相器，所谓数字移相器，即产生的相移是离散的， 而模拟移相器是连续的，通常模拟移相器的性能要比数字的要好，但是实现较复杂。对于微 波移相器，采用传输线可以作为一种有效地实现途径。目前所采用的传输线一般都是右手 传输线，即一般的微带线。右手传输线的输出端与输入端的相位相比是滞后的，即一段1/4 波长的传输线产生的相位是_9〇°，而左手传输线刚好相反，其产生的相位是超前的额，即 +90°。如果要通过右手传输线来实现-270°的相移，则需要采用3/4波长d的传输线，而 对于左手传输线，只需要1/4波长传输线。
【发明内容】
[0003] 本发明是为了解决现有移相器灵活性差，通用性差的问题，从而提供了一种基于 复合左右手传输线的电可调移相器。
[0004] 基于复合左右手传输线的电可调移相器，它包括η个移相器单元，η为正整数；
[0005] -个移相器单元包括左微带线1、中间微带线2、右微带线3、接地微带线4、第一变 容二极管5-1、第二变容二极管5-2和第三变容二极管5-3 ;
[0006] 中间微带线2的左侧接线端子通过第一变容二极管5-1与左微带线1的一个接线 端子连接，中间微带线2的右侧接线端子通过第二变容二极管5-2与右微带线3的一个接 线端子连接，第一变容二极管5-1与第二变容二极管5-2反向放置，中间微带线2的下部接 线端子与接地微带线4的一个接线端子连接，接地微带线4上设置有第三变容二极管5-3 ;
[0007] η个移相器单元彼此之间为串联，相邻的移相器单元中，左侧移相器单元中的第二 变容二极管5-2与右侧移相器单元中的第一变容二极管5-1反向放置。
[0008] 本发明的有益效果是：本发明在一个较小尺寸下可以实现一个连续变化的相移， 而且此相移能达到400度，如果要改变移相器的相位变化范围，只需要改变移相器单元的 数目即可，因为其总的相位可以近似于单个移相器的相移范围的叠加。因为整个移相器电 路实现了较好的阻抗匹配，不会因为加入或减小移相器单元的数目而发生阻抗失配，这样 在实际应用中能够根据用户的需要来设定单元的数目，具有较强的灵活性。而且其采用印 刷电路，材料便宜，低剖面，易于与其他电路集成的优点，实用性较强。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为移相器单元结构图；
[0010] 图2为移相器串联结构图；
[0011] 图3为右手传输线等效电路结构图；
[0012] 图4为左手传输线等效电路结构图；
[0013] 图5为复合左右手传输线等效电路图；
[0014] 图6为不同偏置电压下的S11曲线仿真图；
[0015] 图7为不同电容值下的S12相位曲线仿真图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0016] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于复合左 右手传输线的电可调移相器，它包括η个移相器单元，η为正整数；
[0017] 一个移相器单元包括左微带线1、中间微带线2、右微带线3、接地微带线4、第一变 容二极管5-1、第二变容二极管5-2和第三变容二极管5-3 ;
[0018] 中间微带线2的左侧接线端子通过第一变容二极管5-1与左微带线1的一个接线 端子连接，中间微带线2的右侧接线端子通过第二变容二极管5-2与右微带线3的一个接 线端子连接，第一变容二极管5-1与第二变容二极管5-2反向放置，中间微带线2的下部接 线端子与接地微带线4的一个接线端子连接，接地微带线4上设置有第三变容二极管5-3 ;
[0019] η个移相器单元彼此之间为串联，相邻的移相器单元中，左侧移相器单元中的第二 变容二极管5-2与右侧移相器单元中的第一变容二极管5-1反向放置。
【具体实施方式】 [0020] 二：本实施方式对一所述的基于复合左右手传输线的 电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，中间微带线2长度为5_，宽度为3. 2_。
【具体实施方式】 [0021] 三：本实施方式对一所述的基于复合左右手传输线的 电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，左微带线1与右微带线3的长度均为4_，宽度 均为1. 2mm。
【具体实施方式】 [0022] 四：本实施方式对一所述的基于复合左右手传输线的 电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，接地微带线4的长度为7. 6_，宽度为0. 7_。
【具体实施方式】 [0023] 五：本实施方式对一所述的基于复合左右手传输线的 电可调移相器作进一步限定，本实施方式中，第三变容二极管5-3与中间微带线2的下侧接 线端子之间的距离为2. 4_。
[0024] 传统的右手传输线，其可以等效为串联电感和并联电容构成的结构，而左手传输 线则为串联电容和并联电感结构，如图3和图4所示。通过加载变容二极管和并联电感，可 以改变传输线的等效电路。其中右手电感记为U，右手电容为Q，加载的变容二极管记为 Cv，加载的左手电感记为L2。其等效的电路如图5所不，当Cv较大时，串联支路等效为电感， 当电容较小时，串联支路等效为电容。而加载的并联电感和变容二极管串联，然后其与右手 电容再进行并联，这样就构成了并联支路，当c v较大时，并联支路等效为电感，当cv较小 时，并联支路等效为电容。对于整个电路而言，当增大变容二极管的电容时，串联支路为电 感，并联支路为电容，其表现的是右手传输线的性质；当减小变容二极管的电容时，串联支 路为电容，并联支路为电感，其表现的左手传输线的性质，这样就实现了复合左右手的传输 线。而且在改变变容二极管的电容大小的同时，能够改变传输线的相移常数，继而改变移相 器的相位。
[0025] 基于此原理，此发明提出了一种新颖的移相器结构，此移相器选取介电常数为5. 9 的低温陶瓷作为介质基板，介质板为28 X 77mm，厚度为0. 8mm。该移相器米用了五个移相器 单元串联的结构，能够增加移相器的相移范围。对于每一个移相器单元，其中间为一个宽度 为3. 2mm,长度为5mm的微带线，记为中间微带线，两侧为两根长度为4mm,宽度为1. 2mm的 微带线，其与中间的微带线通过一个变容二极管相连接。在中间微带线的上侧，有一根长度 为7. 6mm，宽为0. 7mm的接地微带线，在该接地微带线上距中间微带线2. 4mm处开一个1mm 的缝隙，用来接变容二极管。对于三个变容二极管，必须有直流偏置电路，该直流偏置电路 应该具有通直流，阻交流的功能。将中间微带线两侧的微带线接一个四分之一短路线，这样 可以让其作为变容二极管的接地端，在中间微带线上接一段半波长开路线，然后在开路线 中间接入直流偏置电压。由于变容二极管在工作的时候，其偏置电压是反偏电压，所以相邻 的两个二极管是反向放置，如图2所示，为五个移相器单元的串联结构图。
[0026] 图6是不同偏置电压下的仿真所得的S11曲线，图7是不同电容值下2. 4GHz的S12 的相位曲线。由图6可得，该移相器在改变电容的过程中，2. 4GHz处的SI 1 -直低于-10dB。 由图7可得，S12所对应的相位是连续变化的，而且发生了将近400度的变化，即实现了 400 度的相移。
【权利要求】
1. 基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：它包括η个移相器单元，η为 正整数； 一个移相器单元包括左微带线（1)、中间微带线（2)、右微带线（3)、接地微带线（4)、第 一变容二极管（5-1)、第二变容二极管（5-2)和第三变容二极管（5-3); 中间微带线（2)的左侧接线端子通过第一变容二极管（5-1)与左微带线（1)的一个接 线端子连接，中间微带线（2)的右侧接线端子通过第二变容二极管（5-2)与右微带线（3) 的一个接线端子连接，第一变容二极管（5-1)与第二变容二极管（5-2)反向放置，中间微带 线（2)的下部接线端子与接地微带线（4)的一个接线端子连接，接地微带线（4)上设置有 第三变容二极管（5-3); η个移相器单元彼此之间为串联，相邻的移相器单元中，左侧移相器单元中的第二变容 二极管（5-2)与右侧移相器单元中的第一变容二极管（5-1)反向放置。
2. 根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：中间 微带线⑵长度为5臟，宽度为3. 2mm。
3. 根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：左微 带线⑴与右微带线⑶的长度均为4mm，宽度均为1. 2mm。
4. 根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：接地 微带线（4)的长度为7. 6mm，宽度为0· 7mm。
5. 根据权利要求1所述的基于复合左右手传输线的电可调移相器，其特征在于：第三 变容二极管（5-3)与中间微带线（2)的下侧接线端子之间的距离为2. 4_。
【文档编号】H01P1/185GK104103876SQ201410336578
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】孟繁义, 傅佳辉 申请人:哈尔滨工业大学