[發明專利]功分移相器

有效

• 申請號: 201210000627.8
• 申請日: 2012-01-04
• 公開（公告）號: CN102420351A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 朱旗;邢紅兵
• 申請（專利權）人: 鎮江中安通信科技有限公司
• 主分類號: H01Q3/32
• 分類號: H01Q3/32
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

技術領域

?本發明屬于相控陣饋電網絡領域，特別涉及饋電與移相功能的一體化設計,?具體地說是一種功分移相器。

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背景技術

相控陣設計中包括功分網絡、移相器及其控制電路設計。這些器件及電路的集成復雜度、系統損耗和制造成本是設計必須考慮的問題。

有源相控陣中采用的T/R(收/發模塊)組件中的放大器效率較低，固態移相器的插損較大，使得有源相控陣在很多領域應用受限。因此，減少移相器數量進而降低系統損耗在相控陣領域應用備受關注。

2003年Abbas?Abbaspour-Tamijani和Kamal?Sarabandi在美國電氣和電子工程師學會天線與傳播期刊2003年9月第九期（2193—2202頁）發表了論文“一種利用交疊平面子陣構成的低成本毫米波波束掃描天線”（“An?Affordable?Millimeter-wave?Beam-Steerable?Antenna?Using?Interleaved?Planar?Subarrays,”IEEE?Transaction?on?Antennas?Propagation,?vol.51,no.9,pp.2193-2202,Sep.2003）。論文中將天線陣列劃分為多個天線子陣的組合，每個子陣只用一個移相器控制饋電相位，每個子陣內部單元的相位是相同的，這實際上是一種相位虛位技術。基于這種方式還可以將各個子陣重疊或者交叉，從而減少移相器數量，但這種方法會帶來天線陣列增益下降和副瓣升高。

2010年D.Ehyaie和?A.Mortazawi在美國電氣和電子工程師學會微波理論與技術國際會議上發表了論文“一種低成本、低復雜度相控陣的設計方法”（“A?new?approach?to?design?low?cost,?low?complexity?phased?arrays,”2010?IEEE?MTT-S?International,?pp.1270-1273,2010）。論文提出了一種新的相控陣設計方法，該相控陣網絡包括有多個3dB定向耦合器、放大器、功率合成器和兩個移相器。通過控制移相器和放大器即可實現步進相位和特定幅度分布的輸出。顯然，大量使用3dB定向耦合器、放大器、功率合成器，電路結構同樣使得電路結構復雜和低功率效率。

無源相控陣中，通常每一路輸出都需要獨立的一組移相器控制相位，當移相器位數又較多時大量使用移相器導致系統電路結構復雜、體積和插損較大。將功分器和移相器一體化設計從而避免大量使用移相器是一種降低系統復雜性和系統損耗的有效方法，至今還未見有關功分器與移相器一體化設計方法的報道。

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發明內容

本發明的目的是針對現有的相控陣饋電網絡中功分器與移相器單獨設計然后集成帶來的體積大，損耗大，電路結構復雜等問題，提出一種結構緊湊同時兼有功分與移相功能的功分移相器。

本發明的技術方案是：

一種功分移相器，它為一個功分環和兩個耦合環構成的混合環結構，所述的功分環的輸入端作為功分移相器的輸入，功分環的輸出連接兩個并聯的耦合環，耦合環的輸出端作為功分移相器的輸出，所述的功分環上設有用于控制多個輸出狀態的多個對應的加載支節，各加載支節上分別設有一開關，通過開關控制對應加載支節實現各狀態的功分與等差相位信號輸出。

本發明的功分移相器是在PCB板上設計的；PCB從上至下依次為第一導體層、介質層和第二導體層，位于中間的介質層的介電常數大于1，第二導體層為地，第一導體層為微帶電路即功分移相器。

本發明的PCB的第一導體層和第二導體層為導體銅，厚度為0.001~0.01mm，介質層的厚度為0.127mm~1mm。

本發明的各狀態對應的等差相位相位差的大小取決于與狀態對應的加載支節的電長度。

本發明的加載支節的個數與功分移相器的狀態數相等，功分移相器的狀態數為偶數時，多個加載支節對稱的安裝在功分環的兩側。（因為數字式移相狀態數為偶數，所以這里我們設計成偶數個狀態。對稱安裝在功分環的兩側是根據設計思想而來：由于結構對稱性，對稱安裝相同長度的支節實際上可以實現相同的等幅與反向的等差相位輸出，那么在對稱加載相同長度支節的兩個狀態的切換即可實現相鄰輸出端口的相差變化，同時保持幅度不變。）