[發(fā)明專利]基于平面型左手微帶傳輸線的微波移相器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710190469.6
• 申請日: 2007-11-28
• 公開（公告）號: CN101197460A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 朱旗;張君;吳磊;蘆偉;毛文輝;盛升
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01P1/19
• 分類號: H01P1/19;H01P1/18
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發(fā)明涉及一種微波移相器，確切地說是基于平面型左手微帶傳輸線的微波移相器。

背景技術

微波移相器在多種領域有應用，如雷達系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)和相控陣天線陣列等。移相器的種類有很多，按照使用材料來分總的來講有五大類：鐵氧體移相器、鐵電介質移相器、半導體二極管移相器、砷化鎵MMIC移相器和MEMS移相器。

1991年Artech?house出版了《Microwave?and?Millimeter?Wave?Phase?Shifters》，書中第一卷Dielectric?and?Ferrite?Phase?Shifters詳細介紹了鐵氧體移相器的主要種類、設計、制作以及應用。鐵氧體移相器主要利用外加磁場改變波導內鐵氧體的磁導率，從而改變電磁波的相速得到不同的相移量。其優(yōu)點是：寬帶、功率容量大；缺點是：體積大，損耗大，切換速度慢。

2000年Kozyre等人在IEEE微波理論與技術國際會議上發(fā)表了“應用鐵電介質材料設計移相器”的論文(“Application?of?Ferroelectrics?in?Phase?Shifters?Design”，A.Kozyrev，V.Osadchy，A.Pavlov，L.Sengupta，2000?IEEE?MTT-S?Digest.P1355-1358)。鐵電介質移相器主要利用改變加在鐵電介質上的直流偏壓的大小，改變介質的介電常數(shù)，從而使微波信號的相速發(fā)生改變，實現(xiàn)移相。其優(yōu)點是：結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、響應速度快；缺點是：功率容量小。

1976年清華大學微帶電路編寫組撰寫了《微帶電路》一書，書中第八章一微帶固體控制電路詳細地介紹了開關線式移相器、加載線式移相器、反射式移相器等幾種基于半導體PIN二極管的移相器的基本原理和設計方法。不管采用那種結構，基于PIN二極管的移相器的原理都是利用PIN二極管在正偏和反偏時的兩種不同開關狀態(tài)，使一段傳輸線接通或斷開來實現(xiàn)移相。其優(yōu)點是：體積小，易于采用數(shù)字信號控制，響應速度快；缺點是：功耗大、功率容量比較小。

2001年5月Ellinger等人在IEEE?Transaction?on?MTT上發(fā)表了“采用集總元件耦合器的C波段緊湊型反射式MMIC移相器”的論文(“Compact?Reflective-TypePhase-Shifter?MMIC?for?C-Band?Using?a?Lumped-Element?Coupler”Frank?Ellinger，Rolf?Vogt，Werner?Bechtold，IEEE?Transaction?on?Microwave?Theory?and?Techniques，VOL.49，NO.5，MAY?2001)。基于砷化鎵MMIC技術的移相器主要采用反射式結構，其原理是通過選擇不同的反射終端獲得不同相位的反射系數(shù)，從而實現(xiàn)相移。其優(yōu)點是：體積小、響應速度快；缺點是：插入損耗大、功率容量小。

2002年6月Rebeiz等人在IEEE?Microwave上發(fā)表了“射頻MEMS移相器：設計和應用”的論文(“RF?MEMS?phase?shifters：design?and?applications”Rebeiz?G.M，Guan-LengTan，Hayden?J.S，Microwave?Magazine，IEEE?Volume?3，Issue?2，June?2002?Page(s)：72-81)。MEMS移相器利用MEMS射頻開關來改變并聯(lián)在傳輸線中心導帶和地之間的負載電容的大小，從而改變整個結構的等效線電容，進而改變微波信號通過的相速，實現(xiàn)移相。其優(yōu)點是：損耗小，功率容量大；缺點是：切換速度較慢、可靠性低、使用壽命短。

上述文獻表明，鐵氧體移相器、MEMS移相器雖然功率容量較大，但是切換速度慢；鐵電材料移相器、半導體二極管移相器、砷化鎵MMIC移相器雖然體積小、切換速度較快，但是普遍功率容量較小。

關于左手傳輸線理論：

2006年，約翰·維理父子出版社(John?wiley&son?Press)出版了由美國加州大學洛杉機分校(University?of?California?at?Los?Angeles)的大竹伊藤(TATSUO?Itoh)和加拿大蒙特利爾工學院(Ecole?Polytechnique?de?Montreal)的克里斯多夫·卡羅茲(CHRISTOPHE?Caloz)撰寫的關于《電磁超材料異向介質》(ElectromagneticMetamaterials)的書。作為右手傳輸線的對偶，左手傳輸線理論及應用被第一次有了系統(tǒng)的理論介紹。