传输型超宽带数字移相器的利记博彩app

本发明属于微电子与固体电子学的射频微波集成电路领域，涉及一种数字移相器芯片，尤其涉及一种传输型超宽带数字移相器。

背景技术：

相控阵列在高速无线通信和雷达领域应用广泛，近年来基于硅工艺技术的相控阵列射频微波芯片已经成为国内外研究的热点。随着超宽带有源相控阵技术的发展，对天线波束控制的要求不断提高，对微波控制电路，特别是超宽带高精度移相器的研究具有重要意义和实用价值。

移相器是一种二端口网络，主要用于对射频和微波传输信号的相位进行控制，按照数控移相器的工作方式可以将移相器分为反射型和传输型两种。实际应用中，根据系统要求通常会结合传输型和反射型设计多位移相器。

反射型移相器广泛应用于宽带设计中，但是传统的3dB耦合器占用面积大，不利于集成。传输型移相器中，高低通滤波器式移相器最为常用，但是由于LC高低通网络的频率特性，导致移相器的工作带宽相对较窄。通常移相量大的高低通移相位为了获得较宽带宽，采用3阶或4阶的高通和低通LC滤波器，需要的集总元件数量多，占用电路面积大，但只能实现约25％的相对带宽。

“D.C.Boire、J.E.Degenford and H.Cohn，A4.5to 18GHz Phase Shifter，Microwave Symposium Digest，1985IEEE MTT-S International，St.Louis MO USA，1985，pp.601-604”中提出的开关选择耦合器和π型微带网络实现180°移相的方法，可以实现很宽的带宽，但在射频微波集成电路实现中传统的耦合器和π型微带网络占用面积巨大，很难集成。

专利整合式毫米波移相器及其方法(CN102273005)和超宽带数字移相器(CN2015209067929)分别提出了一种基于混合式耦合器的毫米波反射型移相器和一种超宽带反射型移相器，都具有宽带和紧凑的特点，但都是反射型的移相器。

因此在射频微波集成电路中亟需找到兼具拓展带宽和减小电路面积的实用的宽带数字移相器。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种传输型超宽带数字移相器。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种传输型超宽带数字移相器，包括绕线电感定向耦合器、相位参考通路、输入选择开关、输出选择开关、输入匹配单元和输出匹配单元；输入匹配单元包括输入端和输出端，输入匹配单元的输入端即为移相器输入端，输入匹配单元的输出端与输入选择开关的输入端相连；输出匹配单元包括输入端和输出端，输出匹配单元的输出端即为移相器输出端，输出匹配单元的输入端与输出选择开关的输出端相连；输入选择开关包括输入端、输出端1和输出端2，输出选择开关包括输入端1、输入端2和输出端；输入选择开关输出端1连接绕线电感定向耦合器的输入端，绕线电感定向耦合器的输出端连接输出选择开关输入端1；输入选择开关输出端2连接相位参考通路的输入端，相位参考通路的输出端连接输出选择开关输入端2。

绕线电感定向耦合器包括输入端、耦合端、直通端和隔离端，耦合端和直通端接地，隔离端用作输出端；输入端与直通端通过微带线连接，耦合端与隔离端通过微带线连接；输入端连接至直通端的微带线一半在金属层1，一半在金属层2；耦合端连接至隔离端的微带线一半在金属层2，一半在金属层1。

相位参考通路为T型LC相位参考通路，由两个串联电感和一个并联电容构成；相位参考通路为绕线电感定向耦合器相位参考通路，绕线电感定向耦合器包括输入端、耦合端、直通端和隔离端，耦合端和隔离端接地，输入端与隔离端连接，耦合端与直通端连接，直通端用作输出端。

输入选择开关包括开关管1、开关管2、开关管3和开关管4，开关管1和开关管3的输入端相连；开关管2的一端接地，另一端与开关管1的输出端相连，开关管1和开关管2的连接节点是输入选择开关输出端1；开关管4的一端接地，另一端与开关管3的输出端相连，开关管3和开关管4的连接节点是输入选择开关输出端2；输入选择开关包括开关管5、开关管6、开关管7和开关管8，开关管5和开关管7的输出端相连；开关管6的一端接地，另一端与开关管5的输入端相连，开关管5和开关管6的连接节点是输出选择开关输入端1；开关管8的一端接地，另一端与开关管7的输入端相连，开关管7和开关管8的连接节点是输出选择开关输入端2。

有益效果：本发明的传输型超宽带数字移相器，结构紧凑，面积小，成本低，在超宽带的频率范围内具有较好的驻波特性，较小的相移波动，较小的插入损耗和寄生调幅，可以广泛应用于宽带相控阵系统中。

附图说明

图1是本发明的传输型超宽带数字移相器的结构示意图；

图2是本发明实施一的传输型超宽带数字移相器电路图；

图3是绕线电感定向耦合器三维结构示意图；

图4是本发明实施二的传输型超宽带数字移相器电路图；

图5是实施二的电磁仿真结果曲线图，图5a是移相态和参考态的插入损耗曲线，图5b是移相态和参考态的相位曲线和相移曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

本发明所述的传输型超宽带数字移相器结构示意图如图1所示，包括绕线电感定向耦合器、相位参考通路、输入选择开关、输出选择开关、输入匹配单元和输出匹配单元。其中，相位参考通路可以为T型LC相位参考通路或绕线电感定向耦合器相位参考通路，具体如实施例一和实施例二所述。

实施例一

如图2所示实施例一中的传输型超宽带数字移相器，包括绕线电感定向耦合器、T型LC相位参考通路、输入选择开关、输出选择开关、输入匹配单元和输出匹配单元。输入匹配单元连接输入选择开关，输入选择开关连接绕线电感定向耦合器和T型LC相位参考通路，再连接输出选择开关，输出选择开关连接输出匹配单元。

输入匹配单元包括输入端和输出端，输入端即为移相器输入端，输出端与输入选择开关的输入端相连；输出匹配单元包括输入端和输出端，输出端即为移相器输出端，输入端与输出选择开关的输出端相连；输入输出匹配单元的输入端和输出端通过微带线结构实现。

输入选择开关包括开关管1、开关管2、开关管3和开关管4，顺序标号T1～T4，开关管T1和T3的输入端相连，开关管T2的一端接地，另一端与T1的输出端相连，T1和T2的连接节点是输入选择开关输出端1，开关管T4的一端接地，另一端与T3的输出端相连，T3和T4的连接节点是输入选择开关输出端2。输入选择开关包括开关管5、开关管6、开关管7和开关管8，顺序标号T5～T8，开关管T5和T7的输出端相连，开关管T6的一端接地，另一端与T5的输入端相连，T5和T6的连接节点是输出选择开关输入端1，开关管T8的一端接地，另一端与T7的输入端相连，T7和T8的连接节点是输出选择开关输入端2。T1、T4、T5、T8由信号VC控制，T2、T3、T6、T7由互补信号控制。

T型LC相位参考通路由两个串联电感L1和一个并联电容C1构成，传输响应呈现低通特性，在需求的频段相位频率特性和绕线电感定向耦合器通路一致，具有固定的相位差。

如图3所示是绕线电感定向耦合器，包括输入端、耦合端、直通端和隔离端；输入端与直通端通过微带线连接，耦合端与隔离端通过微带线连接；耦合端和直通端均接地，通过背面金属接地通孔接地。输入端与输入选择开关输出端1相连，隔离端用作输出端，与输出选择开关输出端1相连。输入端连接至直通端的微带线一半在金属层1，一半在金属层2；耦合端连接至隔离端的微带线一半在金属层2，一半在金属层1。屏蔽金属层设置于金属层3上，用于信号线与有损耗硅基板之间的隔离。不同金属层的微带线在垂直方向存在电磁耦合，不同金属层通过金属通孔连接。其中，微带线平行悬置于金属层。绕线电感定向耦合器结构左右对称，上下对称，且采用集总元件，占用面积小，结构紧凑，易于电路集成，与传统的高低通滤波网络相比，能够实现很宽的工作带宽，在带宽上有着突出的优势。

通过电磁场仿真来优化绕线电感定向耦合单元之间的耦合强度和寄生电容，获得需要的超宽带宽，直通端和耦合端的输出响应幅度相同，相差接近90°，即3dB正交耦合，输入端到隔离端的传输响应呈现宽带的带通特性。

实施例二

如图4所示实施例二中的传输型超宽带数字移相器，包括绕线电感定向耦合器、绕线电感定向耦合器相位参考通路、输入选择开关、输出选择开关、输入匹配单元、输出匹配单元和接地单元。输入匹配单元连接输入选择开关，输入选择开关连接绕线电感定向耦合器和绕线电感定向耦合器相位参考通路，再连接输出选择开关，输出选择开关连接输出匹配单元。

绕线电感定向耦合器相位参考通路中耦合端和隔离端接地，输入端与隔离端通过微带线连接，耦合端与直通端通过微带线连接；输入端与输入选择开关的输出端连接，直通段用作输出端，与输出选择开关的输入端连接。传输响应呈现低通特性，在需求的频段相位频率特性和绕线电感定向耦合器通路一致，具有固定的相位差。

实施例二的数字移相器结构紧凑，能够实现很宽的工作带宽，在带宽上有着突出的优势。如图5所示是实施例二实现180度移相的电磁仿真结果，图5a是移相态和参考态的插入损耗曲线，图5b是移相态和参考态的相位曲线和相移曲线。实施例二的传输型超宽带数字移相器的工作频段可以达到6～18GHz的超宽带范围，移相态和参考态的插入损耗范围为2.9±0.9dB，相移范围为181±6°，具有很小的损耗和很好的相移稳定性。

本发明的传输型超宽带数字移相器中的绕线电感定向耦合器可以根据实际设计需求而选择采用多层金属层，如3层、4层或更多；以及选择不同的绕线电感耦合级数，如1级、3级、4级或更多；不同的线宽，不同的绕线电感形状，如方形、圆形等，除螺旋形。本发明的传输型超宽带数字移相器全部采用集总元件，相对于传统的宽带移相器，大大缩小电路面积，整体结构紧凑，成本低，宽带特性好，在射频微波集成芯片中具有较大优势和应用价值，可以广泛应用于无线通信系统中。