毫米波低损耗移相电路的制作方法

1.本发明属于微电子与固体电子学的射频微波集成电路领域，涉及一种移相电路，尤其涉及毫米波低损耗移相电路。


背景技术：

2.移相器是用于控制微波信号的相位变化的装置，是相控阵列雷达和数字微波通讯系统中的关键元件，通过移相器的相位变化来控制天线的波束扫描，所以移相器的性能如体积大小、移相精度、成本、工作温度、批量生产能力都直接关系到整个相控阵雷达的性能，对整个雷达系统起着至关重要的作用。
3.目前实现大移相量的单片集成移相器电路主要有传输型和反射型。反射型移相器可以实现较宽的带宽，但是四分之一波长线占用较大的面积，而且反射型移相器对工艺容差敏感，不利于大批量生产。传输型移相器常用的结构有高低通结构和全通结构，高低通结构移相器工作频带窄、损耗大，特别是k、ka频段。全通结构移相器带宽宽，但是损耗和面积更大，在一些带宽要求不高的应用时没有优势。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了毫米波低损耗移相电路，解决带宽、损耗、工艺容差的兼顾问题，特别是在k、ka频段，设计了一种毫米波低损耗移相电路，该移相电路不但可以实现较宽的相频特性、较小的损耗以及较小的面积，而且性能稳定、利于大批量生产。
5.为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：一种毫米波低损耗移相电路，该电路用于90
°
移相电路，该电路包含第一单刀双掷开关电路、第二单刀双掷开关电路、低通滤波电路和带通滤波电路；其中，第一单刀双掷开关电路包含第一开关管、第二开关管和第三开关管，第二单刀双掷开关电路包含第四开关管、第五开关管和第六开关管，低通滤波电路包含第一电感、第二电感和第一电容，带通滤波电路包含第一微带线、第二微带线、第二电容和第三电感，所述第一、第三、第四和第六开关管的栅极输入正向电压，第二和第五开关管的栅极输入反向电压；其中，第一开关管的第一端连接串联的第一电感和第二电感后与第四开关管的第一端连接，第四开关管的第二端与依次连接的第五开关管和第六开关管连接后接地；第一开关管的第二端依次连接第二开关管和第三开关管后接地；第一电感与第二电感的公共端与第一电容连接后接地；所述第一开关管与第二开关管的公共端与第一信号通道连接，第四开关管与第五开关管的公共端与第二信号通道连接；第二开关管与第三开关管的公共端串联第一微带线和第二微带线后与第五开关管与第六开关管的公共端连接；其中第一微带线与第二微带线的公共端与并联的第三电感和第二电容连接后接地。
6.优选地，所述第一单刀双掷开关电路和第二单刀双掷开关电路通过在开关管栅极施加控制电压来选择低通滤波电路和带通滤波电路中其中一路作为信号的传输路径。
7.优选地，所述开关管为场效应管。
8.一种毫米波低损耗移相电路，该电路用于180
°
移相电路，该电路包含第一单刀双掷开关电路、第二单刀双掷开关电路、低通滤波电路和带通滤波电路；其中，第一单刀双掷开关电路元件包含第七开关管和第八开关管；第二单刀双掷开关电路元件包含第九开关管和第十开关管；低通滤波电路元件包含第四电感、第五电感、第六电感、第三电容和第四电容；带通滤波电路元件包含第七电感、第八电感、第九电感、第五电容、第六电容和第七电容；所述第七和第九开关管栅极输入正向电压，第八和第十开关管栅极输入反向电压；其中，第七开关管的第一端连接串联的第四电感、第五电感与第六电感后与第九开关管的第一端连接，第七开关管的第二端与第八开关管第一端连接，第八开关管的第二端连接依次连接的第七电感、第五电容、第六电容和第八电感后与第十开关管的第二端连接，第十开关管的第一端与第九开关管的第二端连接，其中第四电感与第五电感的公共端连接第三电容后接地；第五电感与第六电感的公共端连接第四电容后接地，第五电容和第六电容的公共端连接并联的第九电感和第七电容后接地，所述第七开关管与第八开关管的公共端与第一信号通道连接，第九开关管与第十开关管的公共端与第二信号通道连接。
9.优选地，所述第一单刀双掷开关电路和第二单刀双掷开关电路通过在开关管栅极施加控制电压来选择低通滤波电路和带通滤波电路中其中一路作为信号的传输路径。
10.优选地，所述开关管为场效应管。
11.采用上述技术方案带来的有益效果：结合实例（1）改进传统高低通移相电路中参考路高通网络为带通网络，核心思路是一方面利用高通元件的相位超前特性合理选择高通元件阶数，即采用带通滤波结构代替传统高低通移相电路中的高通滤波结构，展宽了相频特性带宽。另一方面，在带通滤波结构中引入并联谐振，改善高频相位平坦度，展宽了相频特性带宽；（2）开关与移相网络联合设计，从而降低损耗和减小面积。通过开关的切换选择移相器的参考态和移相态，可以实现更宽的相频特性带宽，同时实现低损耗和小型化。
附图说明
12.图1是本发明实施例28～42ghz频段90
°
移相电路原理图。
13.图2是本发明实施例28～42ghz频段180
°
移相电路原理图。
14.图3～图5是本发明实施例28～42ghz频段90
°
移相电路的仿真曲线。
15.图6～图8是本发明实施例28～42ghz频段180
°
移相电路的仿真曲线。
具体实施方式
16.以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
17.本实施例工作在28～42ghz频段移相电路，包括90
°
和180
°
移相电路，其中90
°
移相电路原理图如图1所示，180
°
移相电路原理图如图2所示。
18.该实例所述的开关管m为耗尽型fet管， vgs或者vgd施加-5v电压时，开关管处于截止状态，vgs或者vgd施加0v电压时，开关管处于导通状态。其中g为fet管的栅极，d为fet管的漏极，s为fet管的源级。
19.如图1所示90
°
移相电路中，开关采用非对称结构与移相电路整体设计可以实现较
低的损耗，参考态带通滤波电路中的一阶高通元件电感l3提供了超前90
°
的基础相移，电感l3与电容c2构成并联谐振以展宽高频相位带宽。
20.该移相电路包括了第一单刀双掷开关电路、第二单刀双掷开关电路、低通滤波电路、带通滤波电路。通过切换第一单刀双掷开关电路和第二单刀双掷开关电路可以选择低通滤波电路和带通滤波电路其中一路作为信号的传输路径，实现相对相移。
21.所述的第一单刀双掷开关电路采用非对称结构设计，包括了开关管m1、开关管m2、开关管m3，第一单刀双掷开关电路的输入端与移相器的输入端相连，输出端一端与低通滤波电路相连，另一端与带通滤波电路相连。
22.所述的第二单刀双掷开关电路采用非对称结构设计，包括了开关管m4、开关管m5、开关管m6，第二单刀双掷开关电路的输出端与移相器的输出端相连，输入端一端与低通滤波电路相连，另一端与带通滤波电路相连。
23.所述的低通滤波电路提供滞后相位，包括了第一电感l1、第一电容c1、第二电感l2，第一电感l1的其中一端和第二电感l2的其中一端分别作为低通滤波电路的输入端和输出端，低通滤波电路的输入端与第一单刀双掷开关电路的开关管m1的输出端相连，低通滤波电路的输出端与第二单刀双掷开关电路的开关管m4的输入端相连。
24.所述的带通滤波电路提供超前相位，包括了第一微带线lin1、第二微带线lin2、第二电容c2、第三电感l3，第一微带线lin1的其中一端和第二微带线lin2的其中一端分别作为带通滤波电路的输入端和输出端，带通滤波电路的输入端与第一单刀双掷开关电路的开关管m2的输出端相连，低通滤波电路的输出端与第二单刀双掷开关电路的开关管m5的输入端相连。
25.180
°
移相原理图如图2所示，通过合理增加参考态和移相态的元件阶数实现更大的移相量，且通过合理的单刀双掷开关电路的设计实现更低的损耗。
26.该移相电路包括了第一单刀双掷开关电路、第二单刀双掷开关电路、低通滤波电路、带通滤波电路。通过切换第一单刀双掷开关电路和第二单刀双掷开关电路可以选择低通滤波电路和带通滤波电路其中一路作为信号的传输路径，实现相对相移。
27.所述的第一单刀双掷开关电路采用纯串管对称结构设计，包括了开关管m7、开关管m8，第一单刀双掷开关电路的输入端与移相器的输入端相连，输出端一端与低通滤波电路相连，另一端与带通滤波电路相连。
28.所述的第二单刀双掷开关电路采用纯串管对称结构设计，包括了开关管m9、开关管m10，第二单刀双掷开关电路的输出端与移相器的输出端相连，输入端一端与低通滤波电路相连，另一端与带通滤波电路相连。
29.所述的低通滤波电路提供滞后相位，包括了第三电感l3、第三电容c3、第四电容c4、第四电感l4、第五电感l5，第三电感l3的其中一端和第五电感l5的其中一端分别作为低通滤波电路的输入端和输出端，低通滤波电路的输入端与第一单刀双掷开关电路的开关管m7的输出端相连，低通滤波电路的输出端与第二单刀双掷开关电路的开关管m9的输入端相连。
30.所述的带通滤波电路提供超前相位，包括了第六电感l6、第五电容c5、第六电容c6、第七电感l7、第八电感l8、第七电容c7，第六电感l6的其中一端和第七电感l7的其中一端分别作为带通滤波电路的输入端和输出端，带通滤波电路的输入端与第一单刀双掷开关
电路的开关管m8的输出端相连，低通滤波电路的输出端与第二单刀双掷开关电路的开关管m10的输入端相连。
31.图3～图8为本发明28～42ghz移相电路的仿真曲线，图3为90度相移曲线，图4为90度相移插入损耗，图5为90度相移输入输出驻波，图6为180度相移曲线，图7为180度相移插入损耗，图8为180度相移输入输出驻波。从图中可以看出，在28～42ghz频带内，该款结构相移器的移相精度非常高，平坦度好，90度和180度移相量的移相误差均小于0.4
°
，且损耗低。
32.关于图3～图8仿真曲线中标示的说明：插入损耗曲线中，0态代表参考态，1态代表移相态；输入输出驻波曲线中，state0代表参考态，state1代表移相态，i代表输入端，o代表输出端。
33.实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。