一种基于谐振器的相位可调移相器

1.本发明属于微波技术领域，特别是一种基于谐振器的相位可调移相器设计方法。


背景技术：

2.相控阵天线通过引入可调移相器及可调衰减器来调节天线阵列中各个天线单元的相位和幅度来实现天线的波束扫描。因此，可调移相器在现代无线通信及雷达系统中引起广泛地关注。目前，可调移相器主要分为3种，分别为反射型移相器、开关型移相器和传输线加载型移相器。反射型移相器是通过改变负载的电抗来实现相位的连续变化，其具有较宽的相移范围，但是相位误差一般较大。开关型移相器是指通过开关或者二极管来改变信号的传输路径，从而实现有限离散的相位状态。开关型移相器电路结构简单，但由于相位不能够连续调节，限制了其应用范围。传输线加载型移相器是通过在传输线上加载可调元件来实现相位的连续可调，其结构紧凑且调谐方便，但是传输线的阻抗在相位调谐过程中会产生变化，因此其最大调谐范围将受到匹配带宽的限制。
3.综上所述，具有低相位误差、低插损变化范围的连续可调移相器仍旧是目前微波通信系统及雷达通信系统中的研究热点。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于谐振器的相位可调移相器，以解决现有移相器相位误差及插入损耗变化范围过大等问题。
5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于谐振器的相位可调移相器，该可调移相器的主体包括n个两端开路的半波长微带谐振器，以及加载在两端开路的半波长微带谐振器的变容二极管和相应的电压偏置电路，n为奇数；整个可调移相器的结构沿垂直方向的对称面对称，微带输入端口、输出端口分别位于左右两侧，且直接分别与左右两端的两个两端开路的半波长微带谐振器相连；通过改变变容二极管的偏置电压，实现在一定带宽内相位的连续可调。
6.进一步地，该可调移相器采用单层介质基板，所述微带输入端口、输出端口，n个两端开路的半波长微带谐振器，加载在两端开路的半波长微带谐振器的变容二极管及相应的电压偏置电路均布置在单层介质基板的上表面，单层介质基板的下表面是金属地面。
7.进一步地，所述两端开路的半波长微带谐振器为“u”型结构。
8.进一步地，相邻两端开路的半波长谐振器在水平和垂直方向存在距离差。
9.本发明与现有技术相比，其显著优点为：利用加载变容二极管的两端开路的半波长谐振器来设计相位连续可调移相器，其具有较低相位误差和较低的插入损耗变化，并且具有结构简单且易于加工等优点。
10.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
11.图1是本发明实施例中180
°
可调移相器的布局示意图。
12.图2是图1中180
°
可调移相器工作原理图。
13.图3是本发明实施例中360
°
可调移相器的布局示意图。
14.图4是图3所示实施例的s参数测试结果图。
15.图5是图3所示实施例的相位变化测试结果图。
具体实施方式
16.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施实例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施实例。相反地，提供这些实施实例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
17.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
18.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施实例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
19.参照图1，在一个实施例中，提供了一种180
°
可调移相器，包括微带输入端1、输出端2、两端开路的半波长微带谐振器3至7，加载在两端开路的半波长谐振器两个开路端的变容二极管及相应的微带线焊盘和接地孔8至12、用于提供直流偏置的电压vc和射频扼流电阻rc13至17。
20.具体地，本发明180
°
移相器的基本工作原理如图2所示。图中实线为幅度响应曲线，虚线为相位响应曲线。当加载在两端开路半波长谐振器变容二极管的容值为c
v1
时，该180
°
移相器通带中心频率为f
01
，通带范围为f
l1
到f
h1
。当加载在两端开路半波长谐振器变容二极管的容值为c
v2
(c
v2
《c
v1
)时，该180
°
移相器通带中心频率为f
02
，通带范围为f
l2
到f
h2
。在这种情况下，在公共频带fbwc(图中阴影部分)产生的相位差为δφ。因此，调节加载在两端开路半波长微带谐振器变容二极管的容值时，在公共频带fbwc内会产生相移，且该公共频带fbwc即为该移相器的工作带宽。经过计算，在电路阶数为5阶的情况下，当公共带宽fbwc＝10％的时候，该移相器最大的移相角度约为180
°
。因此，为了能够实现0
°
到360
°
移相，可以通过级联两个上述180
°
移相器实现360
°
移相器，如图3所示。
21.本发明中，所采用的变容二极管为macom ma46h120，该变容二极管具有较高的q值，在偏置电压大于7v时，其内阻在c波段仅为0.2欧姆左右。在本发明中，所使用的变容二极管的容值范围为0.17pf至0.22pf。
22.本发明中180
°
可调移相器和360
°
可调移相器实例采用的介质基板是rogers5880，介质厚度均为0.508mm，介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009。本发明中180
°
可调移相器和360
°
可调移相器的中心频率设置为6.5ghz，相对带宽fbwc设置为10％。在发明中的180
°
移
相器实例中，输入端1、输出端2微带线的宽度为1.8mm，两端开路的半波长微带谐振器3至7的宽度为w1＝0.5mm，两端开路的半波长谐振器3至7内部的尺寸为l＝4.45mm，w＝0.8mm。两端开路的半波长谐振器3和4在水平和垂直方向的距离s1＝0.12mm，d1＝0.25mm。两端开路的半波长谐振器4和5在水平和垂直方向的距离s1＝0.2mm，d1＝0.2mm。由于该180
°
移相器沿垂直方向对称，因此两端开路的半波长谐振器5和6的在水平和垂直方向的距离也是s1＝0.2mm，d1＝0.2mm。同样地，两端开路的半波长谐振器6和7的在水平和垂直方向的距离为s1＝0.12mm，d1＝0.25mm。
23.在本发明所述的360
°
相位可调移相器的结构中，所述电路整体尺寸为30mm
×
20mm。
24.可以理解地，本实施实例中所涉及的各个尺寸参数只是一种优选实施方式下的情况，其不应该作为限制本发明保护范围的条件，其各个尺寸参数可以根据实际需要进行对应的变换。
25.图4为上述360
°
可调移相器实施例的s参数测试结果，可以看到该360
°
相位可调移相器的中心频率为6.5ghz，工作带宽覆盖了6.175ghz到6.825ghz的频带范围(图中阴影部分)，对应的相对带宽为10％。同时，根据测试结果，该移相器的在工作频带内插入损耗为3.2
±
0.35db。由此可见，该可调移相器具有较小的插入损耗变化范围。
26.图5为上述360
°
可调移相器实施例的相位变化测试结果，可以看到该360
°
相位可调移相器移在工作频带内(图中阴影部分)实现了相位0
°
到370
°
，并且相位误差为
±
17
°
。
27.以上仅为本发明的优选实施实例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。