[發(fā)明專利]一種基于液晶和開關(guān)的混合移相器及調(diào)控方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010138748.3
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111490315B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鵬程;王正斌;宋飛;朱劼
• 申請（專利權(quán)）人: 南京星騰通信技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18;H01Q3/36
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張艷

本發(fā)明涉及一種基于液晶和開關(guān)的混合移相器及調(diào)控方法，該混合移相器包括上層殼體、微波介質(zhì)板和下層殼體，微波介質(zhì)板采用雙面印刷工藝，印制朝向下層殼體的開關(guān)移相器單元和朝向上層殼體的液晶移相器單元。該調(diào)控方法為通過直流偏置線過孔改變微帶線枝節(jié)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)電壓來控制開關(guān)移相器單元的相位跳變，實現(xiàn)90°的相位跳變；通過液晶移相直流偏置線控制液晶的偏置電壓，從而控制液晶材料的介電常數(shù)連續(xù)變化，進而連續(xù)改變信號的相位偏移量，從而控制液晶移相器單元相移的度數(shù)，實現(xiàn)帶內(nèi)大于180°范圍的移相。本發(fā)明的液晶移相器可實現(xiàn)連續(xù)相位調(diào)控，而開關(guān)移相器可實現(xiàn)90°或180°的相位跳變，通過二者的級聯(lián)配合可實現(xiàn)大范圍、甚至是0～360°的相位精確調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于液晶和開關(guān)的混合移相器及調(diào)控方法，屬于微波移相器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

移相器作為一種常見的電子器件，主要用于對射頻/微波傳輸信號的相位進行調(diào)控，是相控陣天線系統(tǒng)、5G/6G移動通信系統(tǒng)等必需的器件。傳統(tǒng)的移相器主要是模擬式移相器，即改變射頻信號傳輸路徑的電長度，通過引入傳輸時延來實現(xiàn)相位延遲。模擬式移相器的優(yōu)點是技術(shù)成熟、成本低廉，但其缺點是插入損耗較高，且尺寸隨著相移量的增加而不斷變大。隨著半導體技術(shù)的快速發(fā)展，各種數(shù)字式移相器不斷涌現(xiàn)。數(shù)字式移相器主要的電路拓撲有開關(guān)網(wǎng)絡(luò)型、電橋反射型，以及加載型等無源結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)通過無源網(wǎng)絡(luò)的切換來得到所需的相移。數(shù)字式移相器的優(yōu)點是工作狀態(tài)穩(wěn)定，不受外部環(huán)境影響，因此在相控陣雷達系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。但是，其缺點是技術(shù)復雜，且隨著數(shù)字精度的增加其成本上升很快，大規(guī)模民用還不能接受。2007年美國加州大學的K.J.Koh和G.M.Rebeiz通過矢量合成的方法實現(xiàn)了4bit有源移相器，目前廣泛應(yīng)用于相控陣芯片的設(shè)計。但是有源移相器結(jié)構(gòu)對合成正交信號的幅度和相位一致性要求很高，在毫米波頻段的寄生效應(yīng)會對精度和線性度造成比較大的影響。

鑒于上述模擬式和數(shù)字式移相器各有優(yōu)缺點，部分研究人員近兩年致力于混合型微波移相器的研制，期望在移相范圍、移相精度等性能指標與生產(chǎn)成本之間尋求到平衡點。例如，申請?zhí)枮?01811541370.0的發(fā)明專利公開了一種有源無源混合型微波移相器，該移相器有源部分采用矢量合成的方法對信號進行大位移相，無源部分采用RLC網(wǎng)絡(luò)或耦合線進行小位移相，具有靈活分配的優(yōu)點，但該移相器仍然不能擺脫毫米波頻段的強寄生效應(yīng)所導致的精度、線性度下降。另外，申請?zhí)枮?01910520010.0的發(fā)明專利公開了一種基于MEMS開關(guān)的混合移相器，該移相器采用180°移相單元、混合移相單元和22.5°移相單元構(gòu)成，能夠滿足0°/45°/90°/135°的4bit移相器移相需求，減少了開關(guān)個數(shù)，但該移相器從根本原理上而言仍然是數(shù)字式移相器，不能達到模擬式移相器的精度。

近來，南京星騰通信技術(shù)有限公司在申請?zhí)枮?02010115191.1的發(fā)明專利中公開了一種相位連續(xù)可調(diào)的液晶移相器及調(diào)控方法，該移相器利用液晶材料的介電常數(shù)隨偏置電壓而改變的特性，設(shè)計了相位在0～180°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的移相器，但該移相器要實現(xiàn)更大范圍相移時就必須增加液晶和傳輸線的長度，因此插入損耗會隨著電長度的增加而增加。南京星騰通信技術(shù)有限公司還在申請?zhí)枮?01911340803.0的發(fā)明專利中公開了一種基于PIN管的三枝節(jié)微帶線可調(diào)移相器，實現(xiàn)了相位90°/180°的不連續(xù)變化，但該移相器只能實現(xiàn)相位兩種狀態(tài)的變化，無法連續(xù)調(diào)相。

綜上所述，提高微波移相器的移相精度和移相范圍、減少插入損耗、擴展工作帶寬、降低系統(tǒng)成本是微波移相器研發(fā)的不懈追求。而對傳統(tǒng)移相器采用取長補短的混合型設(shè)計方案是實現(xiàn)低成本、高精度的重要發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于液晶和開關(guān)的混合移相器及調(diào)控方法，本混合移相器基于液晶材料和開關(guān)來實現(xiàn)0～360°相位的精確調(diào)控，具有工作頻帶寬、插損低、工藝簡單、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，其具體技術(shù)方案如下：