一种有源移相器、芯片及相控阵设备

本发明涉及通信，尤其涉及一种有源移相器、芯片及相控阵设备。

背景技术：

1、近年来，随着现代通信技术的不断发展，5g通信的应用在国内已经基本普及，而与5g通信相关的核心技术如相控阵也随之不断革新迭代。移相器在相控阵系统工作时主要起到了波束成形和波束指向控制的作用，是相控阵系统最为关键的模块，它的性能会直接影响整个相控阵系统的性能。移相器根据是否有直流功耗可以分为无源移相器和有源移相器，有源移相器采用矢量合成方法，相比于无源移相器，有源移相器面积更小，损耗低。目前，有源移相器的研究是一大热点。

2、有源移相器一般由正交信号发生器、可变增益放大器和矢量合成器依次构成，在上述结构中，可变增益放大器在不同的增益状态下输出阻抗变化很大，导致在一个足够宽的频率范围内，输出信号的相对相位随频率的变化会产生比较大的波动，造成较大的相位误差，这就是有源移相器的宽带相位一致性问题；同时普通的有源移相器结构采用耦合器作为正交信号发生器，会带来幅度误差大、带宽窄的缺点；综上，现有的有源移相技术会存在以下问题：

3、1、基于耦合器的正交信号发生器输出相位幅度误差较大，带宽较窄；

4、2、传统的移相器结构存在宽带相位一致性的问题；

5、3、作为相控阵系统的核心模块，移相器的噪声性能对整个系统的影响会比较大。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种有源移相器、芯片及相控阵设备，能够改善宽带相位一致性问题，提高移相器的噪声性能，实现移相器的超宽带输入匹配和宽带增益。

2、一方面，本发明实施例提供了一种有源移相器，包括低噪声增益调制器和多相滤波器，所述低噪声增益调制器连接所述多相滤波器；其中，

3、所述低噪声增益调制器，用于对输入的第一差分信号进行增益调制和噪声匹配，得到第二差分信号和第三差分信号；

4、所述多相滤波器，可以使输入的第二差分信号和第三差分信号产生预设相位差，同时对第二差分信号和第三差分信号进行矢量合成，最终得到所需要的相对相位的信号。

5、可选地，所述低噪声增益调制器包括结构相同的第一低噪放大单元和第二低噪放大单元，结构相同的第一增益调制单元和第二增益调制单元；

6、所述第一低噪放大单元的输入端连接所述第一差分信号的第一信号，所述第二低噪放大单元的输入端连接所述第一差分信号的第二信号。

7、可选地，所述第一低噪放大单元包括第一变压器、第一晶体管对、第一电阻；

8、所述第一晶体管对包括第一p型晶体管和第一n型晶体管，所述第一p型晶体管的栅极和所述第一n型晶体管的栅极连接，所述第一p型晶体管的漏极和所述第一n型晶体管的漏极连接，所述第一p型晶体管的源极与供电电源连接，所述第一n型晶体管的源极接地；所述第一电阻的一端连接所述第一晶体管对的栅极和所述第一变压器的第二端，所述第一电阻的另一端连接所述第一晶体管对的漏极和所述第一变压器的第三端，所述第一变压器的第一端为输入端，所述第一变压器的第四端为输出端。

9、可选地，所述第一变压器包括第一电感和第二电感；

10、所述第一差分信号的第一信号连接所述第一电感的负端，所述第一晶体管对的栅极连接所述第一电感的正端，所述第一晶体管对的漏极连接所述第二电感的正端，所述第二电感的负端作为第一低噪放大单元的输出。

11、可选地，所述第一增益调制单元连接所述第一低噪放大单元和第二低噪放大单元。

12、可选地，所述第一增益调制单元包括共源极晶体管、共栅极晶体管阵列单元组、第三变压器、第四变压器、第三电阻和第五电阻；

13、所述共源极晶体管包括第一晶体管和第二晶体管，所述共栅极晶体管阵列包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管；所述第一晶体管的漏极连接所述第五晶体管的源极和所述第六晶体管的源极，所述第二晶体管的漏极连接所述第七晶体管的源极和所述第八晶体管的源极，所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极均接地端，所述第五晶体管的漏极、所述第八晶体管的漏极与所述第三变压器的一端相接，所述第六晶体管的漏极、所述第七晶体管的漏极与第四变压器的一端相接，所述第三电阻的一端、第五电阻的一端连接第一调制电压，所述第三电阻的另一端连接所述第一晶体管的栅极，所述第五电阻的另一端连接所述第二晶体管的栅极，所述第五晶体管的栅极和所述第七晶体管的栅极连接第一控制电压源，所述第六晶体管的栅极和第八晶体管的栅极连接第二控制电压源。

14、可选地，所述第三变压器包括第五电感和第六电感，所述第四变压器包括第七电感和第八电感；

15、所述第五电感的正端连接所述第六电感的负端，所述第七电感的正端连接所述第八电感的负端，第六电感的正端连接所述第五晶体管的漏极和所述第八晶体管的漏极，所述第八电感的正端连接所述第六晶体管的漏极和所述第七晶体管的漏极，所述第五电感的负端和所述第七电感的负端与供电电源连接。

16、可选地，所述多相滤波器包括第一级多相滤波电路和第二级多相滤波电路，所述第二分信号和所述第三分信号连接所述第一级多相滤波电路，所述第一级多相滤波电路连接所述第二级多相滤波电路。另一方面，本发明实施例提供了一种相控阵芯片，包括上述的有源移相器。

17、另一方面，本发明实施例提供了一种相控阵芯片，包括上述的有源移相器。

18、另一方面，本发明实施例提供了一种相控阵设备，包括上述的相控阵芯片。

19、实施本发明实施例包括以下有益效果：

20、1、相比于其他的有源移相器，本发明采用的有源移相器拓扑结构将增益调制器前置，正交信号发生器和矢量合成器后移，可以减小由于宽带一致性问题带来的相位误差增大；

21、2、本发明采用多相滤波器作为有源移相器的矢量合成器和正交信号发生器，相比于耦合器可以拓宽移相器的带宽；

22、3、本发明使用的低噪声增益调制器，可以改善有源移相器的噪声性能。

技术特征：

1.一种有源移相器，其特征在于，包括低噪声增益调制器和多相滤波器，其中，所述低噪声增益调制器，用于对输入的第一差分信号进行增益调制和噪声匹配，得到第二差分信号和第三差分信号；

2.根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于，所述低噪声增益调制器包括结构相同的第一低噪放大单元和第二低噪放大单元，结构相同的第一增益调制单元和第二增益调制单元；

3.根据权利要求2所述的有源移相器，其特征在于，所述第一低噪放大单元包括第一变压器、第一晶体管对、第一电阻；

4.根据权利要求3所述的有源移相器，其特征在于，所述第一变压器包括第一电感和第二电感；

5.根据权利要求2所述的有源移相器，其特征在于，所述第一增益调制单元连接所述第一低噪放大单元和第二低噪放大单元。

6.根据权利要求5所述的有源移相器，其特征在于，所述第一增益调制单元包括共源极晶体管、共栅极晶体管阵列单元组、第三变压器、第四变压器、第三电阻和第五电阻；

7.根据权利要求6所述的有源移相器，其特征在于，所述第三变压器包括第五电感和第六电感，所述第四变压器包括第七电感和第八电感；

8.根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于，所述多相滤波器包括第一级多相滤波电路和第二级多相滤波电路，所述第二分信号和所述第三分信号连接所述第一级多相滤波电路，所述第一级多相滤波电路连接所述第二级多相滤波电路。

9.一种芯片，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的有源移相器。

10.一种相控阵设备，其特征在于，包括权利9所述的芯片。

技术总结
本发明公开了一种有源移相器、芯片及相控阵设备，包括低噪声增益调制器和多相滤波器，低噪声增益调制器连接多相滤波器；其中，低噪声增益调制器，用于对输入的第一差分信号进行增益调制和噪声匹配，得到第二差分信号和第三差分信号；多相滤波器，可以使输入的第二差分信号和第三差分信号产生预设相位差，同时对第二差分信号和第三差分信号进行矢量合成，获得所需要相对相位的信号。本发明实施例能够改善宽带相位一致性问题，提高移相器的噪声性能，实现移相器的超宽带输入匹配和宽带增益，可广泛应用于通信技术领域。

技术研发人员：秦培,王宇,徐涛涛,薛泉,车文荃,吴文杰,王海顺
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18