[發明專利]全通濾波器結構超寬帶數字移相器

有效

• 申請號: 202011061253.1
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112271419B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 唐聰;石秀琨;周文濤
• 申請（專利權）人: 中電天奧有限公司
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種全通濾波器結構超寬帶數字移相器，旨在提供一種結構緊湊，插入損耗小，在版圖中較易實現的超寬帶數字移相器。該數字移相器由5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°和180°移相單元組成。該移相器以5.625°為移相步進在0～360°的范圍內實現64種移相狀態。通過單刀雙擲開關在兩種不同狀態的全通濾波器之間切換實現寬帶移相。該移相器具有工作頻帶寬，結構緊湊，電路面積小，插入損耗小的優點，在集成芯片應用中具有非常明顯的優勢。

技術領域

本發明涉及一種主要用于微波單片集成電路(MMIC)領域的全通濾波器結構超寬帶數字移相器。

背景技術

通常地，微波移相器是能改變電磁波相位的裝置,它是相控陣天線的關鍵部件，相控陣是依靠射頻前端中的移相器來實現波束的掃描。移相器的性能對整個雷達系統起著至關重要的作用。相控陣天線的每個單元都需要一個移相器來控制天線陣的波束指向；在捷變極化中，如果在天線的兩個饋電點之間加數字正交移相器可以實現天線的圓極化和線極化的捷變；要改變電磁波的極化方式時要用到移相器；移相器是一種二端口網絡，用于提供輸入和輸出信號之間的相位差，可以由控制信號(直流偏置)來控制。移相器有模擬移相器和數字移相器之分，其中模擬移相器可以通過控制信號的連續變化使得相移差值連續改變。數字式移相器大多是利用不同長度的傳輸線構成，同樣物理長度的傳輸線對不同頻率呈現不同相移，因此移相器工作頻帶大多是窄帶的。現有技術公開的超寬帶反射型數字移相器，雖然相位可以有不錯的精度，但是駐波和插損只是在部分頻段內達到正常系統應用要求，實現面積小、駐波好、插損小的超寬帶數字電控移相器，更加難于設計和制造。中國專利申請公開號CN2015209067929和文獻K.Miyaguchi,M.Hieda,K.Nakahara An,etc，Ultra-Broad-Band Reflection-Type Phase-Shifter MMIC With Series and Parallel LCCircuits,IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES,VOL.49,NO.12,DECEMBER 2001]均采用反射型結構，該結構可以拓展帶寬，但該類型移相器的面積較大，尤其是在低頻段，不利于電路的小型化。[Xinyi Tang,and Koen Mouthaan,Design of LargeBandwidth Phase Shifters Using Common Mode All-Pass Networks IEEE MICROWAVEAND WIRELESS COMPONENTS LETTERS,VOL.22,NO.2,FEBRUARY 2012]提出了一種基于磁耦合的APN(All Pass Filter)型移相器，該移相器適用于具有多個倍頻程的超寬帶電路中。其對全通濾波器的理論分析是基于理想模型，但在實際版圖仿真設計中會有各種寄生效應，且由于工作帶寬較寬，在工作通帶高頻段的相位平坦度較差。另外，版圖仿真時需要反復調整模型尺寸以達到需要的參數，此過程非常耗時。

由于傳統傳輸線型濾波器的工作帶寬較窄，為了拓展帶寬，可以將多個高通濾波器(HPF，High Pass Filter)、低通濾波器(LPF，Low Pass Filter)進行級聯，但這會增大電路面積，不利于電路的小型化。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是針對現有技術存在的不足之處，提供一種具有工作頻帶寬，結構緊湊，電路面積小，插入損耗小，在版圖中較易實現且具有寬帶工作特性的全通濾波器結構超寬帶數字移相器。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種全通濾波器結構超寬帶數字移相器，包括：依次級聯的180°移相單元電路、45°移相單元電路、11.25°移相單元電路、5.625°移相單元電路、22.5°移相單元電路和90°移相單元電路。所述180°移相單元電路和90°移相單元電路采用相同的拓撲結構，所述45°移相單元電路、22.5°移相單元電路、11.25°移相單元電路、5.625°移相單元電路采用相同的拓撲結構。數字移相器以5.625°為相移步進值，在0～360°的范圍內總共實現64種相移狀態。