專利名稱：微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的制作方法
技術領域：
本發明涉及相控陣雷達、移動通信、數字微波通信、儀器儀表、重離子加速器、電子 對抗、導彈姿態控制系統、智能天線系統等眾多技術領域，特別是一種寬頻帶單片集成數字 移相器。
背景技術：
微波數字移相器作為現代相控陣雷達系統中收發組件的核心組成部分，無論從實 用的角度，還是從理論研究的角度都有著重大的現實意義。在寬帶微波毫米波頻段的控制 電路中，數字移相器是微波毫米波主要控制電路之一，描述這種產品性能的主要技術指標 有1)工作頻率帶寬；2)相移位數；3)相移量4)相移精度；5)插入損耗；6)各態插入損耗 差；7)各態輸入和輸出端電壓駐波比；8)開關速度；9)電路尺寸；10)輸出功率1分貝壓縮 電平。現有的微波五位數字移相器，由于設計采用的電路拓撲和工藝實現途徑的缺陷，加 之頻帶寬、相移量大，或由于用同軸、波導、混合集成、低溫共燒陶瓷立體集成電路等方式， 通常電性能指標均較差。因此其主要缺點有(1)電路拓撲復雜，每一位要采用不同電路實 現；⑵設計難度大；⑶工藝加工難度大；⑷相移精度低；(5)多位數字相移器的電路損 耗大；(6)輸入和輸出端電壓駐波比差；(7)工作頻率帶寬較窄；(8)成本高；(9)電路尺寸 較大。那些恒定相移、面積小、駐波好、插損小等優良電性能的寬帶數字電控移相器是非 常難于設計和制造的。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用微波單片集成電路工藝設計的電路拓撲結構簡 單、設計簡便、能夠展寬工作頻率帶寬、減小各態插入損耗、改善各態的輸入輸出電壓駐波 比、減小芯片面積、使電路之間電性能一致性受工藝控制參數影響最小，電路尺寸較小，降 低成本的多倍頻程五位數字移相器。實現本發明目的的技術解決方案是一種微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字 移相器，它由11.25°、22.5°、45°、90°、180°相移單元電路級聯構成，其級聯順序是按 相移量由大到小級聯而成，該移相器以11.25°為相移步進值在0 360°的范圍內總共 可實現32種相移狀態，其中11.25° /22.5°相移位單元電路采用高/低通濾波器型拓 撲，45° /90° /180°相移位單元電路采用反射型拓撲的設計。該移相器的信號輸入端即 180°相移單元電路的輸入端，180°相移位單元電路的輸出端接90°相移電路的輸入端， 90°的相移單元電路的輸出端接45°相移單元電路的輸入端，45°相移單元電路的輸出端 接22. 5°相移單元電路的輸入端，22. 5°相移單元電路的輸出端接11. 25°相移單元電路 的輸入端，11. 25°相移單元電路的輸出端為該移相器的輸出端。本發明所用高低通型移相 器電路包括兩個開關、一個高通濾波器和一個低通濾波器，其中開關用PHEMT晶體管來實 現，高/低通電路用微帶線來實現。反射型移相器電路包括匹配網絡、3dB90度混合接頭、變換網 絡以及開關，本發明中反射型電路中匹配網絡和變換網絡均采用微帶實現，3dB90度混 合接頭采用蘭格耦合器結構，開關仍用PHEMT晶體管來實現。本發明與現有技術相比，其顯著優點是1、設計簡單，只要設計好兩種結構的移相 電路拓撲；2、制造中工藝難控制精度比同類的高；3、電性能改善大；4、各態插入損耗差值 小；5、工作頻率帶寬；6、相移精度高；7、輸入和輸出電壓駐波比低；9、芯片面積小；10、成本 低。
圖1是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器中單元電路所用高/ 低通型移相器拓撲結構。圖2是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器中單元電路所用反 射型移相器拓撲結構。圖3是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的整體結構框圖。圖4是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為180°的 電路拓撲。圖5是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為90°的 電路拓撲。圖6是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為45°的 電路拓撲。圖7是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為22. 5° 的電路拓撲。圖8是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為11. 25° 的電路拓撲。圖9是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為11. 25° 的測試曲線。圖10是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為22. 5° 的測試曲線。圖11是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為45°的 測試曲線。圖12是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為90°的 測試曲線。圖13是本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器的相移位為180° 的測試曲線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。結合圖1、圖3、圖4，本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，包括 相移位為180°的單元移相電路，此單元電路為反射型移相電路。該單元電路由信號輸入端 INPUT、信號輸出端OUTPUT、蘭格耦合器、PHEMT晶體管以及微帶線等組成。該單元電路從輸入端出發有兩條支路。第一條支路為輸入端接微帶MalO的一端，微帶MalO的另一端接微 帶Ma7 —端，微帶Ma7另一端接PHEMT晶體管Fa2的源極，PHEMT晶體管Fa2的柵極接微帶 Ma4—端，微帶M4另一端接薄膜電阻Ra2的一端，薄膜電阻Ra2的另一端接控制電壓VARl ； PHEMT晶體管Fa2漏極接微帶Ma3 —端，微帶Ma3另一端分別接微帶Ma2的一端和微帶Ma5 的一端；微帶Ma5的另一端接地；微帶Ma2的另一端接PHEMT晶體管Fal的漏極，PHEMT晶體 管Fal的柵極接微帶Mal的一端，微帶Mal的另一端接薄膜電阻Ral的一端，薄膜電阻Ral 的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體管Fal的源極接微帶Ma6的一端，微帶Ma6的另一端 分別接微帶Mali的一端和微帶MaS的一端；微帶Mali另一端接信號輸出端。該單元電路 的另一條支路為信號輸入端接微帶MalO的一端，微帶MalO的另一端接微帶Ma9的一端，微 帶Ma9的另一端接PHEMT晶體管Fa4的源極，PHEMT晶體管Fa4的柵極接微帶Mal3的一端， 微帶Mal3的另一端接薄膜電阻Ra4的一端，Ra4的另一端接控制電壓VAR2 ；PHEMT晶體管 Fa4的漏極接微帶Mal5的一端，微帶Mal5的另一端接蘭格耦合器LANGal的輸入端，LANGal 的耦合端接微帶Mal7的一端，微帶Mal7的另一端接地；LANGal的直通端接微帶Mal6的一 端，微帶Mal6的另一端接地；LANGal的隔離端接微帶Mal4的一端，微帶Mal4的另一端接晶 體管F3的漏極，PHEMT晶體管F3的柵極接微帶M12的一端，微帶M12的另一端接薄膜電阻 Ra3的一端，薄膜電阻Ra3的另一端接控制電壓VAR2 ；PHEMT晶體管Fa3的源極接微帶MaS 的一端，微帶MaS的另一端接微帶Mali的一端，微帶Mall的另一端接信號輸出口。該單元 電路可實現步進值為0°和180°的相移。結合圖1、圖3、圖5，本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，包括 相移位為90°的單元移相電路，此單元電路為反射型移相電路。該單元電路由信號輸入端 INPUT、信號輸出端OUTPUT、蘭格耦合器、PHEMT晶體管以及微帶線等組成。該單元電路信號 輸入端接微帶Mb2的一端，微帶Mb2的另一端接蘭格耦合器LAMibl的輸入端，蘭格耦合器 的隔離口接微帶Mbl的一端，微帶Mbl的另一端接信號輸出端；蘭格耦合器的耦合口接微 帶Mb4的一端，微帶Mb4的另一端分別接微帶Mb6和微帶MblO的一端，微帶MblO的另一端 接薄膜電阻Rb2的一端，薄膜電阻Rb2的另一端接交指電容Cb2的一端，交指電容Cb2的另 一端接地；微帶Mb6的另一端接PHEMT晶體管冊2的源極，PHEMT晶體管冊2的柵極接微帶 MbS的一端，微帶MbS的另一端接薄膜電阻Rb6的一端，薄膜電阻Rb6的另一端接控制電壓 VARl ；PHEMT晶體管漏極接交指電容Cb3的一端，交指電容Cb3另一端接地，交指電容Cb3 與薄膜電阻Rb3并聯；蘭格耦合器LANGbl的直通口所連接電路與其耦合口所接電路結構一 致，即蘭格耦合器LAMibl的直通口接微帶Mb3的一端，微帶Mb3的另一端分別接微帶Mb5 和微帶Mb9的一端，微帶Mb9的另一端接薄膜電阻Rbl的一端，薄膜電阻Rbl的另一端接交 指電容Cbl，交指電容Cbl的另一端接地；微帶Mb5的另一端接PHEMT晶體管的源極， PHEMT晶體管的柵極接微帶Mb7的一端，微帶Mb7的另一端接薄膜電阻Rb5的一端，薄 膜電阻Rb5的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體管Fl的漏極接薄膜電阻Rb4的一端，薄 膜電阻Rb4另一端接地，薄膜電阻Rb4與交指電容Cb4并聯。該單元電路可實現步進值為 0°和90°的相移。結合圖1、圖3、圖6，本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，包括 相移位為45°的單元移相電路，此單元電路仍為反射型移相電路。該單元電路90°的相 移電路結構類似，均由信號輸入端INPUT、信號輸出端OUTPUT、蘭格耦合器、PHEMT晶體管以及微帶線等組成。該單元電路信號輸入端接微帶Mc2的一端，微帶Mc2的另一端接蘭格耦合器LANGcl的輸入端，蘭格耦合器LANGcl的隔離口接微帶Mcl的一端，微帶Mcl的另一端 接信號輸出端；蘭格耦合器的耦合口接微帶Mc4的一端，微帶Mc4的另一端分別接微帶Mc6 和薄膜電阻Rc2的一端，薄膜電阻Rc2的另一端接交指電容Cc2的一端，交指電容Cc2的另 一端接地；微帶Mc6的另一端接PHEMT晶體管Fc2的源極，PHEMT晶體管Fc2的柵極接微帶 McS的一端，微帶McS的另一端接薄膜電阻Rc6的一端，薄膜電阻Rc6的另一端接控制電壓 VARl ；PHEMT晶體管Fc2漏極接交指電容Cc3的一端，交指電容Cc3另一端接地，交指電容 Cc3與薄膜電阻Rc3并聯。蘭格耦合器LANGcl的直通口所連接電路與其耦合口所接電路結 構一樣，即蘭格耦合器LANGcl的直通口接微帶Mc3的一端，微帶Mc3的另一端分別接微帶 Mc5和接薄膜電阻Rcl的一端，薄膜電阻Rcl的另一端接交指電容Ccl，交指電容Ccl的另 一端接地；微帶Mc5的另一端接晶體管Fcl的源極，PHEMT晶體管Fcl的柵極接微帶Mc7的 一端，微帶Mc7的另一端接薄膜電阻Rc5的一端，薄膜電阻Rc5的另一端接控制電壓VARl ； PHEMT晶體管Fcl的漏極接薄膜電阻Rc4的一端，薄膜電阻Rc4另一端接地，薄膜電阻Rc4 與交指電容Cc4并聯。該單元電路可實現步進值為0°和45°的相移。結合圖2、圖3、圖7，本發明的微波毫米波寬頻帶五位MMIC數字移相器，包括相移 位為22. 5°的單元移相電路，此單元電路為高/低通型移相電路。該單元電路由信號輸入 端INPUT、信號輸出端0UTPUT、PHEMT晶體管以及微帶線等組成。該單元電路信號輸入端接 微帶Mdl4的一端，微帶Mdl4的另一端分別接微帶Mdl5和微帶Md6的一端，微帶Mdl5的另 一端接薄膜電阻Rd4的一端，薄膜電阻Rd4的另一端接地；微帶Md6的另一端分別接微帶 Md2和微帶Md7的一端，微帶Md2的另一端接PHEMT晶體管Fdl的源極，PHEMT晶體管Fdl 的柵極接微帶Mdl的一端，微帶Mdl的另一端接薄膜電阻Rdl的一端，薄膜電阻Rdl的另一 端接控制的電壓VARl ；PHEMT晶體管Fdl的漏極接微帶接微帶Md3的一端和微帶Md5的一 端，微帶Md3的另一端接交指電容Cdl的一端，交指電容Cdl的另一端接微帶Md4的一端， 微帶Md4的另一端接信號輸出端；微帶Md7和微帶Md5的另一端共同接微帶Md8的一端，微 帶MdS的另一端接PHEMT晶體管Fd2的源極，PHEMT晶體管F2的柵極接微帶Md9的一端， 微帶Md9的另一端接薄膜電阻Rd2的一端，薄膜電阻Rd2的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT 晶體管Fd2的漏極接微帶MdlO的一端，微帶MdlO的另一端接微帶Mdll和微帶Mdl2的一 端，微帶Mdl2的另一端接電感Ldl的一端，電感Ldl的另一端接地；微帶Mdll的另一端接 PHEMT晶體管Fd3的源極，PHEMT晶體管Fd3的柵極接微帶Mdl3的一端，微帶Mdl3的另一 端接薄膜電阻Rd3，薄膜電阻Rd3的另一端接控制電壓VAR2，；PHEMT晶體管Fd3的漏極接 地。該單元電路可實現步進值為0°和22. 5°的相移。結合圖2、圖3、圖8，本發明的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，包括 相移位為11. 25°的單元移相電路，此單元電路和22. 5°相移電路類似，仍為高/低通型移 相電路。該單元電路由信號輸入端INPUT、信號輸出端OUTPUT、晶體管以及微帶線等組成。 該單元電路信號輸入端接微帶Me6的一端，微帶Me6的另一端分別接微帶Me2和微帶Me7的 一端，微帶Me2的另一端接PHEMT晶體管Fel的源極，PHEMT晶體管Fel的柵極接微帶Mel 的一端，微帶Mel的另一端接薄膜電阻Rel的一端，薄膜電阻Rel的另一端接控制的電壓 VARl ；PHEMT晶體管Fel的漏極接微帶Me3的一端和微帶Me5的一端，微帶Me3的另一端接 交指電容Cel的一端，交指電容Cel的另一端接微帶Me4的一端，微帶Me4的另一端接信號輸出端；微帶Me7和微帶Me5的另一端共同接微帶MeS的一端，微帶MeS的另一端接PHEMT 晶體管狗2的源極，PHEMT晶體管狗2的柵極接微帶Me9的一端，微帶Me9的另一端接薄膜 電阻Re2的一端，薄膜電阻Re2的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體管Fe2的漏極接微帶 MelO的一端，微帶MleO的另一端接微帶Mell和微帶Mel2的一端，微帶Mel2的另一端接 電感Lel的一端，電感Lel的另一端接地；微帶Mell的另一端接PHEMT晶體管狗3的源極， PHEMT晶體管狗3的柵極接微帶Mel3的一端，微帶Mel3的另一端接薄膜電阻Re3，薄膜電 阻Re3的另一端接控制電壓VAR2，；PHEMT晶體管Fe3的漏極接地。該單元電路可實現步進 值為0°和11.25°的相移。微波毫米波寬頻帶5位單片集成數字移相器工作原理描述如下微波毫米波信號 從信號輸入端輸入，依次通過步進值分別為180°、90°、45°、22.5° ,11.25°的單元相移 電路，每個單元電路有0°和其相移步進值兩種移相狀態，依據每個電路不通狀態的組合， 即可實現以11. 25°為步進值在0° 360°內的32種狀態。其中180°單元相移電路 (見圖4)其原理為反射型移相電路，該電路中開關控制電壓VARl控制PHEMT晶體管和 PHEMT晶體管Fa2的開斷，開關控制電壓VAR2控制PHEMT晶體管Fa3和PHEMT晶體管Fa4 的開斷；當PHEMT晶體管Fal和PHEMT晶體管Fa2呈開狀態，PHEMT晶體管Fa3和PHEMT晶 體管Fa4呈斷狀態時該電路產生相移為Φ 1，當晶體管Fal和Fa2呈斷狀態，PHEMT晶體管 Fa3和PHEMT晶體管Fa4呈開狀態時該電路產生相移為Φ 2，則Φ 1-Φ 2為180 °。其中 90°單元相移電路(見圖5)其原理為反射型移相電路，該電路中開關控制電壓VARl控制 PHEMT晶體管Fbl和PHEMT晶體管Fb2的開斷，當PHEMT晶體管Fbl和PHEMT晶體管Fb2呈 開狀態時該電路產生相移為Φ 1，，當PHEMT晶體管!^bl和PHEMT晶體管冊2呈斷狀態時該 電路產生相移為Φ 2，則Φ1-Φ2為180°。其中45°單元相移電路(見圖6)其原理為反 射型移相電路，該電路和90°單元相移電路類似，也是由開關控制電壓VARl控制PHEMT晶 體管Fcl和PHEMT晶體管Fc2的開斷，當PHEMT晶體管Fcl和PHEMT晶體管Fc2呈開狀態 時該電路產生相移為Φ 1，當PHEMT晶體管Fcl和PHEMT晶體管Fc2呈斷開狀態時該電路產 生相移為φ 2，則Φ 1-Φ 2為45°。其中22. 5°單元相移電路(見圖7)為高/低通型移相 電路，該電路中PHEMT晶體管Fdl和PHEMT晶體管Fd2由開關控制電壓VARl控制，PHEMT晶 體管Fd3由開關控制電壓VAR2控制，當PHEMT晶體管Fdl和PHEMT晶體管Fd2呈開狀態， PHEMT晶體管Fd3呈斷狀態時，該電路產生相移位Φ 1，當PHEMT晶體管Fdl和PHEMT晶體 管Fd2呈斷狀態，PHEMT晶體管Fd3呈開狀態時，該電路產生相移位Φ 2，這兩種狀態的相移 差即Φ1-Φ2為22.5°。其中11.25°單元相移電路(見圖8)也為高/低通型移相電路， 該電路結構和22. 5°相移電路結構類似，其中PHEMT晶體管Fel和PHEMT晶體管狗2由開 關控制電壓VARl控制，PHEMT晶體管狗3由開關控制電壓VAR2控制，當PHEMT晶體管Fel 和PHEMT晶體管Fe2呈開狀態，PHEMT晶體管Fe3呈斷狀態時，該電路產生相移位Φ 1，當 PHEMT晶體管Fel和PHEMT晶體管Fe2呈斷狀態，PHEMT晶體管Fe3呈開狀態時，該電路產 生相移位Φ 2，這兩種狀態的相移差即Φ1-Φ2*22.5°。綜上所述，該微波毫米波寬頻帶 5位單片集成數字移相器可實現0° 360°內的32種狀態。參見圖9 13，圖9 13為本實施例的測試曲線，插入損耗保持在7. 5dB 11. SdB的范圍內，輸入端與輸出端的駐波比均小于2;。由圖9可知，11. 25°相移位的相 移誤差<1.65° ；由圖10可知，由22. 5°相移位的相移誤差< 2.4° ；由圖11可知，45°相移位的相移誤差<4.1° ；由圖12可知，90°相移位的相移誤差<9. 2° ；由圖13可知， 180°相移位的相移誤差<8°。
權利要求
1.一種微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，其特征在于包括五個單元移 相電路，五個單元電路包括高/低通型移相電路和反射型移相電路兩種電路拓撲；該移 相器由180°、90°、45°、22.5° ,11.25°相移單元電路級聯構成，其級聯順序是按相移 量由大到小級聯而成，該移相器以11.25°為相移步進值在0 360°的范圍內總共可實 現32種相移狀態，其中11.25° /22.5°相移位單元電路采用高/低通濾波器型拓撲， 45° /90° /180°相移位單元電路采用反射型拓撲；該微波毫米波寬頻帶5位單片集成數 字移相器的信號輸入端接180°移相單元電路，依次接90°、45°、22.5° ,11.25°相移單 元電路，最后11. 25°單元移相電路接信號輸出端。
2.根據權利要求1所述的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，其特征在于 180°單元移相電路由蘭格耦合器、微帶線、PHEMT晶體管、薄膜電阻、接地端以及信號輸入 端輸出端組成；該單元電路包括信號輸入端INPUT，信號輸出端OUTPUT，微帶線Mai、Ma2、 Ma3、Ma4、Ma5、Ma6、Ma7、Ma8、Ma9、MalO、Mall、Mal2、Mal3、Mal4、Mal5、Mal6、Mal7，薄膜電 阻 Ral、Ra2、Ra3、Ra4,蘭格耦合器 LANGal，PHEMT 晶體管 Fal、Fa2、Fa3、Fa4 ；其中 PHEMT 晶 體管i^al、Fa2由控制電壓VARl控制，PHEMT晶體管 ^3、 ^ι4由控制電壓VAR2控制；該單元 電路從輸入端出發有兩條支路，第一條支路為輸入端接微帶MalO的一端，微帶MalO的另一 端接微帶Ma7 —端，微帶Ma7另一端接PHEMT晶體管Fa2的源極，PHEMT晶體管Fa2的柵極 接微帶Ma4 —端，微帶M4另一端接薄膜電阻Ra2的一端，薄膜電阻Ra2的另一端接控制電 壓VARl ；PHEMT晶體管Fa2漏極接微帶Ma3 —端，微帶Ma3另一端分別接微帶Ma2的一端和 微帶Ma5的一端；微帶Ma5的另一端接地；微帶Ma2的另一端接PHEMT晶體管Fal的漏極， PHEMT晶體管Fal的柵極接微帶Mal的一端，微帶Mal的另一端接薄膜電阻Ral的一端，薄 膜電阻Ral的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體管Fal的源極接微帶Ma6的一端，微帶 Ma6的另一端分別接微帶Mali的一端和微帶MaS的一端；微帶Mali另一端接信號輸出端。 該單元電路的另一條支路為信號輸入端接微帶MalO的一端，微帶MalO的另一端接微帶Ma9 的一端，微帶Ma9的另一端接PHEMT晶體管Fa4的源極，PHEMT晶體管Fa4的柵極接微帶 Mal3的一端，微帶Mal3的另一端接薄膜電阻Ra4的一端，Ra4的另一端接控制電壓VAR2 ； PHEMT晶體管Fa4的漏極接微帶Mal5的一端，微帶Mal5的另一端接蘭格耦合器LANGal的 輸入端，LANGal的耦合端接微帶Mal7的一端，微帶Mal7的另一端接地；LANGal的直通端 接微帶Mal6的一端，微帶Mal6的另一端接地；LANGal的隔離端接微帶Mal4的一端，微帶 Mal4的另一端接晶體管F3的漏極，PHEMT晶體管F3的柵極接微帶M12的一端，微帶M12的 另一端接薄膜電阻Ra3的一端，薄膜電阻Ra3的另一端接控制電壓VAR2 ；PHEMT晶體管Fa3 的源極接微帶MaS的一端，微帶MaS的另一端接微帶Mali的一端，微帶Mall的另一端接信 號輸出口。該單元電路可實現步進值為0°和180°的相移。
3.根據權利要求1所述的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，其特征在于 90°單元移相電路由蘭格耦合器、微帶線、PHEMT晶體管、薄膜電阻、交指電容、接地端以及 信號輸入端輸出端組成；該單元電路包括信號輸入端INPUT，信號輸出端OUTPUT，微帶線 Mb 1、Mb2、Mb3、Mb4、Mb5、Mb6、Mb7、Mb8、Mb9、Mb 10，薄膜電阻 Rb 1、Rb2、Rb3、Rb4、Rb5、Rb6，交 指電容Cbl、Cb2、Cb3、Cb4，蘭格耦合器LAMibl ；PHEMT晶體管i^bl、!^2 ；其中PHEMT晶體管 FbU Fb2由控制電壓VARl控制；該單元電路信號輸入端接微帶Mb2的一端，微帶Mb2的另 一端接蘭格耦合器LAMibl的輸入端，蘭格耦合器的隔離口接微帶Mbl的一端，微帶Mbl的另一端接信號輸出端；蘭格耦合器的耦合口接微帶Mb4的一端，微帶Mb4的另一端分別接微 帶Mb6和微帶MblO的一端，微帶MblO的另一端接薄膜電阻Rb2的一端，薄膜電阻Rb2的另 一端接交指電容Cb2的一端，交指電容Cb2的另一端接地；微帶Mb6的另一端接PHEMT晶體 管Fb2的源極，PHEMT晶體管Fb2的柵極接微帶MbS的一端，微帶MbS的另一端接薄膜電阻 Rb6的一端，薄膜電阻Rb6的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體管漏極接交指電容Cb3的 一端，交指電容Cb3另一端接地，交指電容Cb3與薄膜電阻Rb3并聯；蘭格耦合器LANGbl的 直通口所連接電路與其耦合口所接電路結構一致，即蘭格耦合器LANGbl的直通口接微帶 Mb3的一端，微帶Mb3的另一端分別接微帶Mb5和微帶Mb9的一端，微帶Mb9的另一端接薄 膜電阻Rbl的一端，薄膜電阻Rbl的另一端接交指電容Cbl，交指電容Cbl的另一端接地；微 帶Mb5的另一端接PHEMT晶體管Fbl的源極，PHEMT晶體管Fbl的柵極接微帶Mb7的一端， 微帶Mb7的另一端接薄膜電阻Rb5的一端，薄膜電阻Rb5的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT 晶體管Fl的漏極接薄膜電阻Rb4的一端，薄膜電阻Rb4另一端接地，薄膜電阻Rb4與交指 電容Cb4并聯。該單元電路可實現步進值為0°和90°的相移。
4.根據權利要求1所述的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，其特征在于 45°單元移相電路由蘭格耦合器、微帶線、PHEMT晶體管、薄膜電阻、交指電容、接地端以及 信號輸入端輸出端組成；該單元電路包括信號輸入端INPUT，信號輸出端OUTPUT，微帶線 Mcl、Mc2、Mc3、Mc4、Mc5、Mc6、Mc7、Mc8，薄膜電阻 Rcl、Rc2、Rc3、Rc4、Rc5、Rc6，交指電容 CcU Cc2、Cc3、Cc4，蘭格耦合器LANGc 1，PHEMT晶體管Fcl、Fc2 ；其中PHEMT晶體管Fcl、Fc2由控 制電壓VARl控制；該單元電路信號輸入端接微帶Mc2的一端，微帶Mc2的另一端接蘭格耦 合器LANGcl的輸入端，蘭格耦合器LANGcl的隔離口接微帶Mcl的一端，微帶Mcl的另一端 接信號輸出端；蘭格耦合器的耦合口接微帶Mc4的一端，微帶Mc4的另一端分別接微帶Mc6 和薄膜電阻Rc2的 一端，薄膜電阻Rc2的另一端接交指電容Cc2的一端，交指電容Cc2的另 一端接地；微帶Mc6的另一端接PHEMT晶體管Fc2的源極，PHEMT晶體管Fc2的柵極接微帶 McS的一端，微帶McS的另一端接薄膜電阻Rc6的一端，薄膜電阻Rc6的另一端接控制電壓 VARl ；PHEMT晶體管Fc2漏極接交指電容Cc3的一端，交指電容Cc3另一端接地，交指電容 Cc3與薄膜電阻Rc3并聯；蘭格耦合器LANGcl的直通口所連接電路與其耦合口所接電路結 構一樣，即蘭格耦合器LANGcl的直通口接微帶Mc3的一端，微帶Mc3的另一端分別接微帶 Mc5和接薄膜電阻Rcl的一端，薄膜電阻Rcl的另一端接交指電容Ccl，交指電容Ccl的另 一端接地；微帶Mc5的另一端接晶體管Fcl的源極，PHEMT晶體管Fcl的柵極接微帶Mc7的 一端，微帶Mc7的另一端接薄膜電阻Rc5的一端，薄膜電阻Rc5的另一端接控制電壓VARl ； PHEMT晶體管Fcl的漏極接薄膜電阻Rc4的一端，薄膜電阻Rc4另一端接地，薄膜電阻Rc4 與交指電容Cc4并聯；該單元電路可實現步進值為0°和45°的相移。
5.根據權利要求1所述的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，其特征在于 22. 5°單元移相電路由微帶線、PHEMT晶體管、薄膜電阻、交指電容、電感、接地端以及信號 輸入端輸出端組成；該單元電路包括信號輸入端INPUT，信號輸出端OUTPUT，微帶線Mdl、 Md2、Md3、Md4、Md5、Md6、Md7、Md8、Md9、MdlO、Mdll、Mdl2、Mdl3、Mdl4、Mdl5,薄膜電阻 Rdl、 Rd2、Rd3、Rd4，交指電容 Cdl，電感 Ldl，PHEMT 晶體管 Fdl、Fd2、Fd3 ；其中 PHEMT 晶體管 Fdl、 Fd2由控制電壓VARl控制，PHEMT晶體管Fd3由控制電壓VAR2控制；該單元電路信號輸入 端接微帶Mdl4的一端，微帶Mdl4的另一端分別接微帶Mdl5和微帶Md6的一端，微帶Mdl5的另一端接薄膜電阻Rd4的一端，薄膜電阻Rd4的另一端接地；微帶Md6的另一端分別接 微帶Md2和微帶Md7的一端，微帶Md2的另一端接PHEMT晶體管Fdl的源極，PHEMT晶體管 Fdl的柵極接微帶Mdl的一端，微帶Mdl的另一端接薄膜電阻Rdl的一端，薄膜電阻Rdl的 另一端接控制的電壓VARl ；PHEMT晶體管Fdl的漏極接微帶Md3的一端和微帶Md5的一端， 微帶Md3的另一端接交指電容Cdl的一端，交指電容Cdl的另一端接微帶Md4的一端，微 帶Md4的另一端接信號輸出端；微帶Md7和微帶Md5的另一端共同接微帶Md8的一端，微帶 MdS的另一端接PHEMT晶體管Fd2的源極，PHEMT晶體管F2的柵極接微帶Md9的一端，微帶 Md9的另一端接薄膜電阻Rd2的一端，薄膜電阻Rd2的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體 管Fd2的漏極接微帶MdlO的一端，微帶MdlO的另一端接微帶Mdll和微帶Mdl2的一端，微 帶Mdl2的另一端接電感Ldl的一端，電感Ldl的另一端接地；微帶Mdll的另一端接PHEMT 晶體管Fd3的源極，PHEMT晶體管Fd3的柵極接微帶Mdl3的一端，微帶Mdl3的另一端接薄 膜電阻Rd3，薄膜電阻Rd3的另一端接控制電壓VAR2，；PHEMT晶體管Fd3的漏極接地；該單 元電路可實現步進值為0°和22. 5°的相移。
6.根據權利要求1所述的微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，其特征在于 11. 25°單元移相電路由微帶線、PHEMT晶體管、薄膜電阻、交指電容、電感、接地端以及信號 輸入端輸出端組成；該單元電路包括信號輸入端INPUT，信號輸出端OUTPUT，微帶線Mel、 Me2、Me3、Me4、Me5、Me6、Me7、Me8、Me9、MelO、Mell、Mel2、Mel3、Mel4,薄膜電阻 ReU Re2、 Re3，交指電容Cel，電感Lel，PHEMT晶體管FeUFe2,Fe3 ；其中PHEMT晶體管FeUFe2由控 制電壓VARl控制，其中PHEMT晶體管Fe3由控制電壓VAR2控制；該單元電路信號輸入端 接微帶Me6的一端，微帶Me6的另一端分別接微帶Me2和微帶Me7的一端，微帶Me2的另一 端接PHEMT晶體管Fel的源極，PHEMT晶體管Fel的柵極接微帶Mel的一端，微帶Mel的另 一端接薄膜電阻Rel的一端，薄膜電阻Rel的另一端接控制的電壓VARl ；PHEMT晶體管!^el 的漏極接微帶Me3的一端和微帶Me5的一端，微帶Me3的另一端接交指電容Cel的一端，交 指電容Cel的另一端接微帶Me4的一端，微帶Me4的另一端接信號輸出端；微帶Me7和微帶 Me5的另一端共同接微帶MeS的一端，微帶MeS的另一端接PHEMT晶體管Fe2的源極，PHEMT 晶體管狗2的柵極接微帶Me9的一端，微帶Me9的另一端接薄膜電阻Re2的一端，薄膜電阻 Re2的另一端接控制電壓VARl ；PHEMT晶體管狗2的漏極接微帶MelO的一端，微帶MleO的 另一端接微帶Me 11和微帶Me 12的一端，微帶Me 12的另一端接電感Le 1的一端，電感Le 1的 另一端接地；微帶Mell的另一端接PHEMT晶體管Fe3的源極，PHEMT晶體管Fe3的柵極接 微帶Mel3的一端，微帶Mel3的另一端接薄膜電阻Re3，薄膜電阻Re3的另一端接控制電壓 VAR2, ；PHEMT晶體管狗3的漏極接地；該單元電路可實現步進值為0°和11. 25°的相移。
全文摘要
本發明公開了一種微波毫米波寬頻帶五位單片集成數字移相器，該移相器由11.25°、22.5°、45°、90°、180°相移電路級聯構成，11.25°/22.5°相移位采用高/低通濾波器型拓撲，45°/90°/180°采用反射型拓撲的設計，該移相器以11.25°為相移步進值在0～360°的范圍內總共可實現32種相移狀態，最終的版圖由相移量從大到小的順序排版，該移相器的工作頻段為6～18GHz。本發明的電路拓撲和設計過程簡單，制造工藝簡便，成品率高，芯片面積小，工作頻帶寬，插入損耗低，相移精度高，輸入和輸出電壓駐波比低，各移相態插入損耗差值小。
文檔編號H03H7/18GK102055428SQ20101055590
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者周聰, 張紅, 徐利, 戴冰清, 戴永勝, 於秋杉, 楊健, 王立杰, 盛衛星, 郭永新, 陳少波, 陳曦 申請人:南京理工大學