[發(fā)明專利]一種等離子體波導(dǎo)移相器

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910476281.0
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110277609A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 修威;田海燕;吳迪;裴瀛洲;楊光
• 申請（專利權(quán)）人: 北京神舟博遠(yuǎn)科技有限公司
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11417
• 代理人: 李文軍

本發(fā)明公開一種等離子體波導(dǎo)移相器，其屬于射頻通信技術(shù)領(lǐng)域。該移相器以波導(dǎo)為基礎(chǔ)載體，結(jié)合固體半導(dǎo)體等離子體的相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電磁波在波導(dǎo)內(nèi)部的相位變化。該移相器主要包含波導(dǎo)和固體半導(dǎo)體等離子體兩部分，波導(dǎo)可以使用多種形式，固體半導(dǎo)體等離子體又有體積小、可獨(dú)立控制的特點(diǎn)，既可以按照傳統(tǒng)數(shù)字移相器的設(shè)計思路來設(shè)計，也可以設(shè)計成連續(xù)可調(diào)的移相器。本發(fā)明的移相器和傳統(tǒng)移相器相比，具有如下主要優(yōu)勢：插損小；設(shè)計靈活，固體半導(dǎo)體等離子體可以被集成在任意結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)內(nèi)壁上；對于高頻使用有很大優(yōu)勢；控制方便簡單，固體半導(dǎo)體等離子體只有兩種狀態(tài)，可以簡單的通過外部壓控實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種區(qū)別于傳統(tǒng)概念的新型固體半導(dǎo)體等離子體波導(dǎo)移相器。

背景技術(shù)

移相器在雷達(dá)、通信等領(lǐng)域有廣泛且重要的作用。在不同的使用場景下，對移相器的結(jié)構(gòu)、射頻性能有著不同的要求。因此，移相器包含了各種各樣不同的種類：固定移相器、可調(diào)移相器、波導(dǎo)移相器、鐵氧體移相器、微帶移相器等等。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對于電子器件小型化的要求不斷加強(qiáng)，毫米波頻段的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。但是，頻率的升高使得射頻器件損耗、散熱等多種問題變得更加難以解決。對于射頻領(lǐng)域的移相器來說，小型化、相位精度、控制復(fù)雜度、散熱等等要求也變得越來越高，相對成熟的微帶形式的移相器、固定移相量的移相器等在相對高的頻率下應(yīng)用會受到很多限制。

針對以上問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種新型的固體半導(dǎo)體等離子體波導(dǎo)移相器，以適應(yīng)較高頻段的應(yīng)用。相比傳統(tǒng)的移相器，本發(fā)明的移相器具有設(shè)計靈活的特點(diǎn)，可以被設(shè)計成固定移相量的移相器，也可以作為數(shù)字移相器來使用，并且移相步進(jìn)可根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)計。

本發(fā)明針對的是用來傳輸無線電波的金屬矩形波導(dǎo)，可以為空心波導(dǎo)，亦可以為介質(zhì)波導(dǎo)。為了使傳輸效率最大化，電磁波以基模即TE10模進(jìn)行傳播。本發(fā)明將固體半導(dǎo)體等離子體放置在矩形波導(dǎo)的窄邊的內(nèi)側(cè)，移相便是利用了固體半導(dǎo)體等離子體的介質(zhì)特性對電壓的不同反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)固體半導(dǎo)體等離子體單元沒有被直流電壓驅(qū)動時表現(xiàn)為半導(dǎo)體介質(zhì)，當(dāng)固體半導(dǎo)體等離子體單元被直流電壓所驅(qū)動時表現(xiàn)為像金屬一樣的良導(dǎo)體。通過加電處理，固體半導(dǎo)體等離子體導(dǎo)電率大大提升，可近似看作趨近于金屬的一種材料，而其位置又在波導(dǎo)窄邊內(nèi)壁，便等效的把波導(dǎo)的長邊進(jìn)行了壓縮，從而以新的基模進(jìn)行傳播的電磁波頻率便會升高，和原本波導(dǎo)內(nèi)傳播的基模對應(yīng)的電磁波頻率產(chǎn)生了變化，基模的變化導(dǎo)致了相位在加電前后的不同，因此達(dá)到移相的目的。下面將從結(jié)構(gòu)上作具體闡述。

本發(fā)明以BJ320波導(dǎo)為基礎(chǔ)，設(shè)計了兩種形式的移相器，分別是5比特數(shù)字移相器和360度連續(xù)可調(diào)移相器，以此來說明本發(fā)明的優(yōu)勢。此種移相器的基本結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)和固體半導(dǎo)體等離子體單元構(gòu)成。5比特的移相器被分為5個移相段，各部分彼此獨(dú)立，每個移相段的移相量分別為固定的11.25°，22.5°，45°，90°和180°，通過其相互的組合來控制所需的相位，在36GHz時，仿真的相位精度能夠在0.5°以內(nèi)，帶內(nèi)插損平坦度在±0.2dB以內(nèi)。本發(fā)明展示的360度連續(xù)可調(diào)移相器其移相步進(jìn)為1°，可通過外部的360路控制任意調(diào)整移相量，移相量為1的整數(shù)倍。

所述BJ320波導(dǎo)是標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，與本發(fā)明的使用頻段相對應(yīng)，此外還可選用脊波導(dǎo)、非標(biāo)波導(dǎo)等其他形式的波導(dǎo)作為射頻傳輸載體；

所述5比特移相器工作原理和傳統(tǒng)數(shù)字移相器相同，都是將移相量數(shù)字化，對固定的移相量模塊進(jìn)行開關(guān)控制，并通過相應(yīng)的組合達(dá)到移相目的；

所述移相段是指擁有固定移相量的一組固體半導(dǎo)體等離子體單元構(gòu)成的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，包括固定長度的波導(dǎo)和與其長度基本相同的一組固體半導(dǎo)體等離子體單元，每一個移相段的一組固體半導(dǎo)體等離子體單元狀態(tài)均有兩種狀態(tài)：移相態(tài)和非移相態(tài)，每個移相段的一組固體半導(dǎo)體等離子體單元由獨(dú)立的一個開關(guān)控制；