基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器

本发明属于移相器，特别是一种基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器。

背景技术：

1、当前无线系统朝着多功能、小型化、高频化、多用户或多目标等方向快速发展。在无线通信领域，随着移动通信用户与数据量的激增，能同时产生多个独立波束的多波束相控阵可以大大提高通信效率，是新一代通信系统的关键技术之一。与此同时，双频与多频技术能有效增加系统的工作模式与信息量，一直是无线系统的重要研究方向。结合双频技术与多波束相控阵技术，开展双频共孔径多波束相控阵研究，充分利用频域和空域两个维度，共同实现功能与性能提升，有望推进多波束系统的跨越式发展。

2、移相器是相控阵天线的关键组成部分，直接决定相控阵的功能与性能。无论何种波束控制方法，其核心是相位调控。传统的低损耗无源移相方法包括开关切换法、加载电容法、反射负载法三种，实现双频独立相位控制存在各自的困难。目前很少见一个电路结构实现双频独立移相功能的工作发表。对于进一步的双频独立的频率与相位控制、360°相位实现等方面的研究更是寥寥无几。

3、综上所述，双频独立可设计的相位特性，即两个频带的相移性能相互独立、可以指定移相值进行设计的双频移相器仍需研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，以解决现有双频移相器双通带性能不完全独立、相位设计受限、频率设计不灵活等问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，包括双频移相器结构，能实现：针对两个指定频段的输入信号，其幅度能通过、且相位能进行调制，且在指定的两个频段内分别实现两组双频相互独立的、不随频率变化的相位分布。

3、进一步地，所述双频移相器结构包括依次设置的：位于输入位置的输入双模谐振模块，并排且相对设置的低频-45°/0°/45°相位控制模块和高频-45°/0°/45°相位控制模块，以及位于输出位置的双频独立0°/180°相位控制模块；各模块通过耦合间隙相互作用，实现双频处幅度能通过、相位按预期数值进行配置的功能；

4、所述输入双模谐振模块，为具有两个谐振模式的谐振器，产生的模式一、模式二两个谐振模式的谐振频率分别对应低频和高频工作频率，实现双频下的带通特性；

5、所述低频-45°/0°/45°相位控制模块，用于在低通带产生-45°/0°/45°相移；

6、所述高频-45°/0°/45°相位控制模块，用于在高通带产生-45°/0°/45°相移；

7、所述双频独立0°/180°相位控制模块，在所述输入双模谐振模块的基础上，利用两个谐振模式下的电压分布，通过控制馈电位置来控制两个频率处的0°/180°相位。

8、进一步地，所述低频-45°/0°/45°相位控制模块包括u形单频谐振器1和加载在所述u形单频谐振器1中间的、随预期相位设计的开路可配置枝节1。

9、进一步地，所述高频-45°/0°/45°相位控制模块包括u形单频谐振器2和加载在所述u形单频谐振器2中间的、随预期相位设计的开路可配置枝节2。

10、进一步地，所述输入双模谐振模块为开路枝节加载的阶跃阻抗谐振器，通过设计阻抗值与电长度，产生模式一、模式二两个谐振模式。

11、进一步地，所述双频独立0°/180°相位控制模块的设计为：在所述输入双模谐振模块的基础上，利用两个谐振模式下的电压分布，通过控制信号输出端口的馈电位置来控制两个频率处的0°/180°相位。

12、进一步地，所述信号输出端口能选择的馈电位置包括：

13、位置1：模式一、模式二的电压分布都为正；

14、位置2：模式一的输出电压为正，模式二的电压分布为负；

15、位置3：模式一、模式二的电压分布都为负；

16、位置4：模式一的输出电压为负、模式二的输出电压为正。

17、进一步地，当所述信号输出端口的馈电位置为所述位置1时，设为低频0°、高频0°的参考相位；当所述信号输出端口从位置1移至位置2时，模式一的输出电压方向不变，模式二的输出电压对比于位置1馈出的电压方向相反，实现低频0°、高频180°的相位；当所述信号输出端口从位置1移至位置3时，模式一、模式二的输出电压方向对比于位置1馈出的电压均相反，实现低频180°、高频180°的相位；当所述信号输出端口从位置1移至位置4时，模式一的输出电压对比于位置1馈出的电压方向相反，模式二的输出电压方向不变，实现低频180°、高频0°的相位。

18、进一步地，所述低频-45°/0°/45°相位控制模块或高频-45°/0°/45°相位控制模块，为单频下单模/双模能自由设计的枝节加载半波长谐振器，具体包括：

19、无枝节加载时，u形单频谐振器为半波长谐振器，只有一个谐振模式，通过调节u形单频谐振器的电长度调整谐振频率，相位值设为参考0°；

20、有枝节加载时，u形单频谐振器具有同一频段的两个谐振模式，并通过可配置枝节的长短控制相位值为-45°/45°；

21、低频-45°/0°/45°相位控制模块、高频-45°/0°/45°相位控制模块的工作频率分别与输入双模谐振模块的模式一、模式二的工作频率相近，以实现带通特性。

22、本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明能实现双频独立可设计的相位特性，即两个频带的相移性能相互独立、可以指定移相值进行设计，且两个频带的频率可灵活设计。

23、下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

技术特征：

1.一种基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，包括双频移相器结构，能实现：针对两个指定频段的输入信号，其幅度能通过、相位能进行调制，且在指定的两个频段内分别实现两组双频相互独立的、不随频率变化的相位分布。

2.根据权利要求1所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述双频移相器结构包括依次设置的：位于输入位置的输入双模谐振模块，并排且相对设置的低频-45°/0°/45°相位控制模块和高频-45°/0°/45°相位控制模块，以及位于输出位置的双频独立0°/180°相位控制模块；各模块通过耦合间隙相互作用，实现双频处幅度能通过、相位按预期数值进行配置的功能；

3.根据权利要求2所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述低频-45°/0°/45°相位控制模块包括u形单频谐振器1和加载在所述u形单频谐振器1中间的、随预期相位设计的开路可配置枝节1。

4.根据权利要求2所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述高频-45°/0°/45°相位控制模块包括u形单频谐振器2和加载在所述u形单频谐振器2中间的、随预期相位设计的开路可配置枝节2。

5.根据权利要求2所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述输入双模谐振模块为开路枝节加载的阶跃阻抗谐振器，通过设计阻抗值与电长度，产生模式一、模式二两个谐振模式。

6.根据权利要求5所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述双频独立0°/180°相位控制模块的设计为：在所述输入双模谐振模块的基础上，利用两个谐振模式下的电压分布，通过控制信号输出端口的馈电位置来控制两个频率处的0°/180°相位。

7.根据权利要求6所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述信号输出端口能选择的馈电位置包括：

8.根据权利要求7所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，当所述信号输出端口的馈电位置为所述位置1时，设为低频0°、高频0°的参考相位；当所述信号输出端口从位置1移至位置2时，模式一的输出电压方向不变，模式二的输出电压对比于位置1馈出的电压方向相反，实现低频0°、高频180°的相位；当所述信号输出端口从位置1移至位置3时，模式一、模式二的输出电压方向对比于位置1馈出的电压均相反，实现低频180°、高频180°的相位；当所述信号输出端口从位置1移至位置4时，模式一的输出电压对比于位置1馈出的电压方向相反，模式二的输出电压方向不变，实现低频180°、高频0°的相位。

9.根据权利要求3或4所述的基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器，其特征在于，所述低频-45°/0°/45°相位控制模块或高频-45°/0°/45°相位控制模块，为单频下单模/双模能自由设计的枝节加载半波长谐振器，具体包括：

技术总结
本发明公开了一种基于耦合谐振器结构的双频相位可定制移相器。所述双通带移相器包括位于输入位置的双模谐振模块、并排位于电路中间的低频与高频‑45°/0°/45°相位控制模块、位于输出位置的双频独立0°/180°相位控制模块三个部分。三种模块通过耦合间隙相互作用，并依据预期相位合理排列组合设计，对指定频段的输入信号幅度上可以通过、相位上进行调制，在指定的两个频段内分别实现两组双频相互独立的、不随频率变化的相位分布。本发明实现的双频移相器能实现双频独立可设计的相位特性，即两个频带的相移性能相互独立、可以指定移相值进行设计，且两个频带的频率可灵活设计。

技术研发人员：郭欣,钱雨晨,吴文
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10