[發(fā)明專利]射頻/毫米波頻段用7位高精度寬帶有源移相器及應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010713474.6
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN112104338B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 桂小琰;袁剛;郭寬田;耿莉
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H03H11/16
• 分類號: H03H11/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種射頻/毫米波頻段用7位高精度寬帶有源移相器，前級電路輸出的單端信號通過單端轉差分無源巴倫轉化為差分信號，經(jīng)過RC正交網(wǎng)絡的二階多相濾波器產生四路I/Q正交信號，經(jīng)對應的吉爾伯特單元對產生的四路I/Q正交信號提供增益并實現(xiàn)正交信號的矢量合成；合成后的信號經(jīng)過有源巴倫轉化為單端信號并通過相位精調VGA放大輸出；采用七位數(shù)字控制碼的高兩位通過象限選擇開關選擇矢量合成象限，中間四位通過數(shù)控電流陣控制兩個吉爾伯特單元電流大小實現(xiàn)矢量合成，最低位控制VGA中的開關電容來實現(xiàn)相位精調。本發(fā)明電路簡單，功耗低，面積小，能夠滿足相控陣系統(tǒng)波束掃描要求。

技術領域

本發(fā)明屬于射頻集成電路技術領域，具體涉及一種射頻/毫米波頻段用7位高精度寬帶有源移相器，應用于高精度有源移相器電路設計。

背景技術

移相器是相控陣系統(tǒng)中最重要的模塊之一，在射頻/毫米波領域應用廣泛。通過移相器來控制波束成形，可以使相控陣陣列方向圖的零點指向具有很強的抗干擾性，從而保證接收的有用信號不受干擾。移相器的移相誤差過大會導致相控陣系統(tǒng)無法實現(xiàn)較為精確的波束指向角度，降低了信噪比，增大了系統(tǒng)對混頻器以及后級處理模塊動態(tài)范圍的要求。此外較大的移相精度會導致波束變寬，為了達到既定功率大小，在同等傳輸距離下，寬波束較窄波束傳輸需要成倍的T/R單元或更大的功率放大器來進行補償，增大了系統(tǒng)設計的復雜度。

目前已有部分高精度有源移相器的設計和研究工作。高精度移相器架構可分為兩種，一種是兩級可調可變增益放大器(Variable-Gain?Amplifier,VGA)加單級移相的架構，另一種為二次移相架構。現(xiàn)有一種兩級可調VGA架構，如圖1所示。為了實現(xiàn)2.7°的移相精度，VGA需要提供18dB的可調范圍，單級VGA無法滿足要求，因此需要兩級級聯(lián)VGA，且IQ兩路采用同樣結構，導致占用更大面積。現(xiàn)有另一種二次移相架構，如圖2所示。該設計采用兩級矢量合成架構，需要采用6個VGA單元，前四個VGA單元用于移相相位的粗調，后兩個VGA單元用于移相相位的精調。相位的合成采用控制I/Q路尾電流的大小進行，為了實現(xiàn)較高精度的移相，該設計需要采用更高分辨率的電流陣，由于阱臨近效應(well?proximity?effect,WPE)及氧化層擴散長度效應(length?of?oxide?diffusion,LOD)的影響很難滿足高精度電流比例的要求，因此該設計會造成較大的RMS相位誤差。

無源移相器由于其精度低，體積大等缺點面臨著技術瓶頸，而傳統(tǒng)的有源移相器在高精度移相的同時無法滿足較為均勻的移相步進，會影響相控陣系統(tǒng)性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種射頻/毫米波頻段用7位高精度寬帶有源移相器，將覆蓋射頻/毫米波頻段，可提供360°范圍內7-bit精度控制，移相精度達到2.8°，相比于其他高精度有源移相器架構，電路更簡單，功耗更低，面積更小，滿足相控陣系統(tǒng)波束掃描要求，可應用于衛(wèi)星通訊，雷達，汽車駕駛輔助系統(tǒng)以及第五代移動通信技術5G。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種射頻/毫米波頻段用7位高精度寬帶有源移相器，包括輸入無源巴倫，前級電路輸出的單端信號通過輸入無源巴倫的單端轉差分巴倫轉化為差分信號，經(jīng)過RC正交網(wǎng)絡的二階多相濾波器產生四路I/Q正交信號，經(jīng)對應的吉爾伯特單元對產生的四路I/Q正交信號提供增益并實現(xiàn)正交信號的矢量合成；合成后的信號經(jīng)過有源巴倫轉化為單端信號并通過相位精調VGA放大輸出；采用七位數(shù)字控制碼的高兩位通過象限選擇開關選擇矢量合成象限，中間四位通過數(shù)控電流陣控制兩個吉爾伯特單元電流大小，末位控制相位精調VGA中的開關電容。

具體的，相位精調VGA采用共源共柵極，柵極接有一位的開關電容陣，通過開關的切換完成相位細調。