一种超宽带6位MMIC移相器

本发明属于移相器，涉及一种超宽带6位mmic(单片微波集成电路)移相器，可应用于相控阵雷达、移动通信、数字微波通信、仪器仪表、智能天线系统等方面。

背景技术：

1、现代雷达技术向着超宽带，快速天线扫描，发射多种波束，多目标跟踪以及具有强大的数据处理系统的方向发展，从而促使了相控阵系统的诞生。将相控阵系统用于通信系统中能提升系统容量和数据传输效率，并且能实现更多目标的精确跟踪以及准确的方位信息，大的带宽和高功率容量可提升雷达最大作用距离。相控阵系统是由数量巨大且独立工作的收/发组件(t/r组件)组合而成，所以t/r组件必须要具有体积小、集成度高、重量轻、性能可靠等特性。而移相器作为t/r组件的核心部件，其性能直接影响了相控阵系统对目标的搜索能力，因此对超宽带、高性能移相器的研究有着十分重要的意义。

2、现有的数字移相器如cn201010555904.2，采用按移相量大小依次顺序级联的方式，即180°+90°+45°+22.5°+11.25°+5.625°，虽然利于直流布置，但难以实现良好的回波与匹配性能，性能存在改进空间。

3、目前实现大移相量的mmic移相器电路主要有高低通滤波型和反射型。高低通滤波型可以实现大移相量，如cn109194303a，但是由于高低通滤波器本身为窄带，其在超宽带设计时只能通过增加滤波器的阶数实现端口匹配与移相精度提高，导致电路元件数增多。lange耦合器有宽频带的90°平坦相移特性，因而基于耦合器的反射型易于在宽带内实现大移相量的设计，且随着应用频率升高其设计尺寸会快速减小，具有很好的应用前景。在专利文件cn102148416a中，采用大量反射型结构做超宽带设计，但是所用反射结构较复杂，元件较多，不利于单元设计与小型化。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，解决难以实现小型化的问题，本发明的目的在于提供一种超宽带6位mmic移相器，其45°、90°移相单元采用一种基于短路支节的反射移相拓扑，实现了较宽的带宽，设计所用器件少且设计简单，同时优化了级联顺序，使性能在有限种排列顺序中达到较好回波与匹配性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种超宽带6位mmic移相器，包括依次级联的5.625°移相电路、22.5°移相电路、11.25°移相电路、45°移相电路、180°移相电路和90°移相电路；或包括依次级联的5.625°移相电路、22.5°移相电路、11.25°移相电路、90°移相电路、180°移相电路和45°移相电路。

4、本发明的超宽带6位mmic移相器工作在6～18ghz频段。

5、在一个实施例中，所述5.625°移相电路采用开关lc结构，所述11.25°移相电路采用嵌入开关结构，所述22.5°移相电路采用具有电容补偿的嵌入开关结构，所述180°移相电路采用t型结-lange耦合器结构。

6、在一个实施例中，所述45°移相电路和90°移相电路均采用基于短路支节的反射型结构。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

8、1、基于短路支节的反射型结构设计简单紧凑，采用元件数少，性能稳定，通过传输线参数变化实现相位变化，省去了常规反射型移相器的移相网络中的集总元件。

9、2、本发明不再采用顺序级联的方式，通过挑选回波性能优异的单元放置于移相器输入端与输出端，减小系统能量反射，并充分利用回波性能的中和作用，将回波性能较好的反射型结构单元放置于回波性能较差的移相单元两侧，提高匹配度，改善移相器整体回波性能，同时缓解单元级联导致的移相精度恶化。

技术特征：

1.一种超宽带6位mmic移相器，其特征在于，包括依次级联的5.625°移相电路、22.5°移相电路、11.25°移相电路、45°移相电路、180°移相电路和90°移相电路；或包括依次级联的5.625°移相电路、22.5°移相电路、11.25°移相电路、90°移相电路、180°移相电路和45°移相电路。

2.根据权利要求1所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述5.625°移相电路采用开关lc结构，所述11.25°移相电路采用嵌入开关结构，所述22.5°移相电路采用具有电容补偿的嵌入开关结构，所述180°移相电路采用t型结-lange耦合器结构。

3.根据权利要求2所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述开关lc结构包括第一场效应管m1、第二场效应管m2、第一电感l1和第一电容c1；其中所述第一场效应管m1与第二场效应管m2异步工作；所述第一电感l1接在所述第一场效应管m1的源极和漏极之间，所述第一电容c1接在所述第二场效应管m2的源极和漏极之间，第一场效应管m1源极与第一电感l1的公共端连接电路的信号输入端，第一场效应管m1漏极与第一电感l1的公共端连接第二场效应管m2源极与第一电容c1的公共端，第二场效应管m2漏极与第一电容c1的公共端连接电路的信号输出端。

4.根据权利要求2所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述嵌入开关结构包括第五场效应管m5、第六场效应管m6、第七场效应管m7、第五传输线tl5、第六传输线tl6和第二电感l2；其中所述第六场效应管m6与第七场效应管m7异步工作，与第五场效应管m5同步工作；所述第五场效应管m5源极连接第五传输线tl5的一端，第五传输线tl5的另一端连接第六传输线tl6的一端，第六传输线tl6的另一端连接第五场效应管m5的漏极，第五传输线tl5与第六传输线tl6的公共端连接第六场效应管m6的漏极，所述第二电感l2连接在第七场效应管m7的源极和漏极之间，第七场效应管m7的源极与第二电感l2的公共端接地，第七场效应管m7的漏极和第二电感l2的公共端连接第六场效应管m6的源极，第五场效应管m5的源极与第五传输线tl5的公共端连接电路的信号输入端，第五场效应管m5的漏极与第六传输线tl6的公共端连接电路的信号输出端。

5.根据权利要求2所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述具有电容补偿的嵌入开关结构包括第八场效应管m8、第九场效应管m9、第十场效应管m10、第七传输线tl7、第八传输线tl8、第三电感l3和第四电容c4；其中所述第九场效应管m9与第十场效应管m10异步工作，与第八场效应管m8同步工作；所述第八场效应管m8源极连接第七传输线tl7的一端，第七传输线tl7的另一端连接第八传输线tl8的一端，第八传输线tl8的另一端连接第八场效应管m8的漏极，第七传输线tl7与第八传输线tl8的公共端连接第九场效应管m9漏极，第四电容c4连接在第九场效应管m9的源极和漏极之间，第三电感l3连接在第十场效应管m10的源极和漏极之间，第十场效应管m10的源极与第三电感l3的公共端接地，第十场效应管m10的漏极和第三电感l3的公共端连接第九场效应管m9源极与第四电容c4的公共端，第八场效应管m8的源极与第七传输线tl7的公共端连接电路的信号输入端，第八场效应管m8的漏极与第八传输线tl8的公共端连接电路的信号输出端。

6.根据权利要求2所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述t型结-lange耦合器结构包括第二lange耦合器lan2、第十一场效应管m11、第十二场效应管m12、第十三场效应管m13、第十四场效应管m14、第十五场效应管m15、第十六场效应管m16、第九传输线tl9、第十传输线tl10和第十一传输线tl11；其中所述第十一场效应管m11与第十二场效应管m12、第十五场效应管m15、第十六场效应管m16同步工作，与第十三场效应管m13、第十四场效应管m14异步工作；所述第十五场效应管m15源极接地，第十五场效应管m15漏极连接第十三场效应管m15源极，第十一场效应管m11源极连接第十三场效应管m13源极与第十五场效应管m15漏极的公共端，第十一场效应管m11漏极连接第二lange耦合器lan2输入端，第二lange耦合器lan2直通端与耦合端接地，隔离端接第十二场效应管m12源极，第十六场效应管m16源极连接第十四场效应管m14漏极，第十六场效应管m16漏极接地，第十六场效应管m16源极与十四场效应管m14漏极公共端接第十二场效应管m12漏极，第十四场效应管m14源极连接第十传输线tl10一端，第十传输线tl10另一端连接第九传输线tl9一端，第九传输线tl9另一端连接第十三场效应管m13漏极，第十传输线tl10与第九传输线tl9公共端连接第十一传输线tl11一端，第十一传输线tl11另一端接地，第十一场效应管m11源极、第十三场效应管m13源极、第十五场效应管m15漏极的公共端连接电路的信号输入端，第十二场效应管m12漏极、第十四场效应管m14漏极、第十六场效应管m16源极的公共端连接电路的信号输出端。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述45°移相电路和90°移相电路均采用基于短路支节的反射型结构。

8.根据权利要求7所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述基于短路支节的反射型结构包括第一lange耦合器lan1、第三场效应管m3、第四场效应管m4、第一传输线tl1、第二传输线tl2、第三传输线tl3、第四传输线tl4、第二电容c2和第三电容c3；其中所述第三场效应管m3与第四场效应管m4同步工作；所述第三场效应管m3源极经第二电容c2与第一lange耦合器lan1的直通端连接，第三场效应管m3的漏极经第二传输线tl2后接地，第四场效应管m4源极经第三电容c3与lange耦合器lan1的耦合端连接，第四场效应管m4的漏极经第四传输线tl4后接地，第三场效应管m3与第二电容c2的公共端连接第一传输线tl1，第四场效应管m4与第三电容c3的公共端连接第三传输线tl3，lange耦合器lan1的输入端连接输入，隔离端连接输出。

9.根据权利要求8所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述超宽带6位mmic移相器工作在6～18ghz频段。

10.根据权利要求1所述超宽带6位mmic移相器，其特征在于，所述场效应管为phemt管。

技术总结
本发明公开了一种超宽带6位MMIC移相器，包括依次级联的5.625°移相电路、22.5°移相电路、11.25°移相电路、45°移相电路、180°移相电路和90°移相电路；或包括依次级联的5.625°移相电路、22.5°移相电路、11.25°移相电路、90°移相电路、180°移相电路和45°移相电路。本发明45°、90°移相单元采用一种基于短路支节的反射移相拓扑，实现了较宽的带宽，设计所用器件少且设计简单，同时优化了级联顺序，使性能在有限种排列顺序中达到较好回波与匹配性能。

技术研发人员：姜文,胡志燊,魏昆,胡伟,洪涛,高雨辰
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13