【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种射频电路与微波通信，尤其涉及一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器。
技术介绍
1、随着无线电技术和射频集成电路的发展，相控阵技术在通信系统、雷达探测等多个领域得到广泛应用，主要用于波束形成和空间滤波，从而提升发射机的等效各向同性辐射功率，增强接收机的信噪比并减少干扰。而在相控阵系统中，每个阵元需要调整其信号相位来波束形成，这就需要用到移相器。移相器可以调节各个阵元的信号相位，从而实现波束的形成和扫描。具体来说，它通过控制每个阵元的相位差来调整整个阵列的辐射方向和波束形状。这样，系统能够在不物理移动天线的情况下，动态改变波束的方向，达到有效的空间滤波和干扰抑制。因此在相控阵系统中，移相器扮演着至关重要的角色。高性能移相器应具备宽带、宽相位调节范围、低插入损耗、密集的相移角以及体积小等特点。
2、移相器可以根据其结构形式可以分为有源移相器和无源移相器。与无源移相器相比，有源移相器可以提供较大的相位调节范围和较低的插入损耗，但需要外部电源来驱动。无源移相器根据实现方式又分为反射型移相器和开关型移相器，开关型移相器是通过控制多个移相单元的开关状态来改变相位，这种移相器的相位调节通常是离散的，并且随着相位状态数量的增加，需要更多个开关状态，移相器会变得笨重，影响波束形成效果。反射型移相器属于模拟型移相器，其结构通常较为简单，可以连续精细调节相位，通常具有尺寸小、插入损耗低
3、然而，传统的反射型移相器的工作带宽通常较窄并且由于其依赖于反射负载的反射特性，随着频率变化，反射系数和相位变化
技术实现思路
1、根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，通过对耦合器的结构和反射负载的结构的调整，提高了反射型移相器的移相范围和带宽范围，在一定程度上降低了插入损耗，缩小了尺寸，使移相器的各个指标达到了一个平衡的状态。具体方案为：元件加载平行双线、大相移反射负载和端口连接线；
2、所述元件加载平行双线包括第一段电容加载平行双线、电容加载跨接电感和第二段电容加载平行双线以及第一并联电容、第二并联电容、第三并联电容、第四并联电容、第五并联电容、第六并联电容、跨接电感、第一段平行双线和第二段平行双线；所述第一段电容加载平行双线、电容加载跨接电感和第二段电容加载平行双线从左至右顺次连接；所述第一并联电容的一端与第一段平行双线的左上端连接并另一端接地、所述第二并联电容的一端与第一段平行双线的左下端连接并另一端接地、所述第三并联电容的一端与第二段平行双线的右上端连接并另一端接地、所述第四并联电容的一端与第二段平行双线的右下端连接并另一端接地、所述跨接电感跨接在第一段平行双线和第二段平行双线的连接处、所述第五并联电容的一端与跨接电感的上端连接并另一端接地、所述第六并联电容的一端与跨接电感的下端连接并另一端接地；
3、所述大相移反射负载包括结构参数均相同的第一反射负载和第二反射负载；所述第一反射负载与第二段电容加载平行双线的右上端连接；所述第二反射负载与第二段电容加载平行双线的右下端连接；所述第一反射负载包括第一串联电感、第二串联电感、第一串联变容二极管、第二串联变容二极管和并联变容二极管；所述第一串联电感的右端与第一串联变容二极管的负极连接；所述第一串联变容二极管的正极接地；所述第二串联电感的右端与第二串联变容二极管的负极连接；所述第二串联变容二极管的正极接地；所述第一串联电感与第二串联电感并联后与变容二极管的负极相连接；所述并联变容二极管的正极接地；
4、所述端口连接线包括第一50欧姆传输线和第二50欧姆传输线；所述第一50欧姆传输线的上端与输入端口连接、下端与第一段电容加载平行双线的左上端连接；所述第二50欧姆传输线的下端与输出端口连接、上端与第一段电容加载平行双线的左下端连接。
5、进一步地，所述第一段平行双线和第二段平行双线的电长度相等；所述第一并联电容、第二并联电容、第三并联电容、、与第四并联电容的容值相同；所述第五并联电容与第六并联电容的容值相同；所述第一串联电感和第二串联电感的感值相同；所述第一串联变容二极管、第二串联变容二极管和并联变容二极管的型号及供电电压相同。
6、进一步地，通过调节所述第一串联变容二极管、第二串联变容二极管和并联变容二极管的供电电压，可使所述第一反射负载和第二反射负载的反射相位在较大的范围内变化，从而实现移相器全360°的相位变化范围。
7、进一步地，所述跨接电感的感值与移相器的带宽相关，所述第一并联电容、第二并联电容、第三并联电容、第四并联电容、第五并联电容、第六并联电容的容值和所述第一串联电感、第二串联电感的感值与移相器的损耗相关。
8、进一步地，一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器的设计方法如下：
9、为了便于分析，将大相移反射负载和元件加载平行双线分为两部分来分析，输入/输出端口的特性阻抗和平元件加载平行双线等效阻抗为z0，大相移反射负载包括三条支路，第一条支路阻抗为第二条支路阻抗为第三条支路阻抗为大相移反射负载的总阻抗为zl＝z1//z2//z3；
10、其中ω＝2πf，l1为第一串联电感(211)和第二串联电感(212)的电感值，rs是变容二极管的寄生电阻，c是变容二极管的电容值；
11、采用如下公式表示反射负载的输入阻抗zl表达式：
12、
13、根据上式获得反射系数：
14、
15、其中
16、t1＝ω2rs2c2+ω2l1c-1；
17、t2＝ω3l1rsc2-2ωrsc；
18、t3＝3z0ω2rsc2；
19、t4＝z0(ω3l1c2-3ωc)；
20、该反射型移相器最大相移δφ为|φmax-φmin|，插入损耗|s21|＝-20lg|γ|；
21、φmax是电容最大值的相移,φmin是电容最小值的相移，根据δφ和|s21|的表达式，分析出δφ和|s21|主要受变容二极管值c和电感l1影响，制作第一串联电感(211)和第二串联电感(212)取不同值时，最大相移和插入损耗随二极管电容值的变化曲线，当相移和插入损耗达到平衡时，选取合适的电感值。
22、由于采用了以上方案，本专利技术提出的一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器为满足现代通信系统对宽相位调节的需求，可以实现全360°相移；采用了元件加载的电路设计得到了较宽的工作频本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，其特征在于包括：元件加载平行双线、大相移反射负载和端口连接线；
2.根据权利要求1所述的一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，其特征在于：所述第一段平行双线(113)和第二段平行双线(123)的电长度相等；所述第一并联电容(111)、第二并联电容(112)、第三并联电容(121)、与第四并联电容(122)的容值相同；所述第五并联电容(131)与第六并联电容(132)的容值相同；所述第一串联电感(211)和第二串联电感(212)的电感值相同；所述第一串联变容二极管(213)、第二串联变容二极管(214)和并联变容二极管(215)的型号及供电电压相同。
3.根据权利要求1所述的一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，其特征在于：通过调节所述第一串联变容二极管(213)、第二串联变容二极管(214)和并联变容二极管(215)的供电电压，控制所述第一反射负载(21)和第二反射负载(22)的反射相位在设定的范围内变化，从而实现移相器全360°的相位变化范围。
4.根据权利要求1所
5.一种如权利要求1至4任意一项所述的一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器的的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，其特征在于包括：元件加载平行双线、大相移反射负载和端口连接线；
2.根据权利要求1所述的一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，其特征在于：所述第一段平行双线(113)和第二段平行双线(123)的电长度相等；所述第一并联电容(111)、第二并联电容(112)、第三并联电容(121)、与第四并联电容(122)的容值相同；所述第五并联电容(131)与第六并联电容(132)的容值相同；所述第一串联电感(211)和第二串联电感(212)的电感值相同；所述第一串联变容二极管(213)、第二串联变容二极管(214)和并联变容二极管(215)的型号及供电电压相同。
3.根据权利要求1所述的一种相位范围覆盖全360°的平面宽带反射型移相器，其特征在于：通过调节所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏梅，马腾，姜玉洋，李硕，王钟葆，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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