中频及微波数字移相器.ppt
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1、中频、微波数字移相器,主要内容,引言 移相器基本原理 中频宽带五位数字移相器研究 Ku波段六位数字移相器研究 结论,引言,移相器发展动态 国外 国外开展MMIC研究较早,设备先进,工艺成熟,MMIC工艺线可以实现代加工(Foundry)生产 ,大部分移相器已实现单片化 K波段五位小型MMIC移相器 ,在19GHz时测得的移相器的插入损耗为50.6dB,均方根相位误差为3度。,引言,移相器发展动态 国内 与国外相比,国内对MMIC的研究起步较晚,工艺还不成熟,但也进行了各类MMIC的研制,包括MMIC移相器,并取得了一定的成果 国内对移相器的研究仍集中在混合集成方面 十三所研制出了一种60MHz
2、的八位数字移相器,插入损耗最大4.5dB,外形尺寸是135mm118mm36mm .并且与美国Merrimac公司生产的同类产品相当. 随着新材料和新工艺的不断出现和发展,移相器将继续朝着高性能、小型化和低成本方向发展,引言,主要内容: 中频宽带五位数字移相器的设计、制作与测试。 Ku波段5.625度相移位单元电路的设计、制作与测试。 Ku波段45度相移位单元电路的设计、制作与测试。 Ku波段90度相移位单元电路的设计、制作与测试。 Ku波段180度相移位单元电路的设计、制作与测试。 Ku波段六位数字移相器的设计、制作与测试。 数字移相器驱动电路的设计与制作。,中频宽带五位数字移相器的电路设计
3、指标如下:,工作频率:6010MHz 输入信号:-1010dBm 插入损耗:5dB 相位误差:3.5度 输入、输出端电压驻波比小于2 移相范围:360度 幅度不平衡:1dB,工作电压:5V 电流:0.1A 控制电压:TTL电平 外形尺寸:40mmX30mmX20mm 可拆卸式SMA(I/O) 端口阻抗(I/O):50 并且要通过高低温、振动、冲击等试验,引言,引言,Ku波段六位数字移相器的电路设计指标如下: 工作频率:15GHz 插入损耗:6dB 移相范围:360度,步进5.625度 相位误差:4度 幅度不平衡:1dB 输入、输出电压驻波比:2 接头:RF端口用SMA-K 控制端口用调制插座(
4、9线),移相器基本原理,移相器的分类(根据电路拓扑): 加载线型移相器 耦合器型移相器 开关线型移相器 高通低通滤波器型移相器,移相器的类型和主要技术指标,技术指标 工作频率 相移量 相移精度 移相器开关时间 寄生调幅,加载线型移相器,加载线型移相器通常用于小相移位.,移相器基本原理,(a)电路结构示意图,(b)加载电纳,(c)等效传输线,图4(c)是均匀传输线,为了满足输入匹配的要求,应该有,图4(c)的归一化矩阵a为,图4(b)的三个元件级联矩阵是,根据矩阵元素相等的原则,可得,于是可以得到相移量和加载电抗的关系式,耦合器型移相器,耦合器型移相器通常用于实现较大相移.,移相器基本原理,输出
5、,输入,相移网络,耦合器,变换网络,变换网络,通过电抗网络后,相应两种状态的反射系数是,开关线型移相器,基于延迟线电路理论 谐振现象,移相器基本原理,开关线移相器,要注意的几个技术问题: 当开关传输线长度达到某个频率的半波长时,将产生谐振现象,从而增大插入损耗。 要求在两种状态下输入端都要良好匹配 。 开关的两条移相线相互距离要足够远 。,平衡式移相器,高通低通滤波器型移相器,适用于频率低端 适于宽频带应用,移相器基本原理,各种移相器的特点比较 开关线移相器 小移相位(22.5o和45o)的尺寸可以做的很小 ,其每位都需要四个二极管 ,其损耗比加载线型也大的多 加载线移相器 用于小移相位时,其
6、性能指标较好 反射型移相器 二极管用量少,尺寸比较大, 其插入损耗随着移相位的增大而增加。 平衡式移相器 能做到无寄生调幅,而且驻波比也一样,输入/输出信号相互隔离很好 ,缺点是微带-槽线转换多,移相器总损耗较大。,中频宽带五位数字移相器研究,中频宽带五位数字移相器设计方案 型结构的高通/低通滤波器型移相器理论相位误差分析 中频宽带五位数字移相器的电路设计 中频宽带五位数字移相器的实现 中频宽带五位数字移相器的测试及结果分析,中频宽带五位数字移相器设计方案,设计要求(难点) 、相对带宽超过33 、超小的实物外形40mm30mm20mm 高通/低通滤波器型移相器,11.25度、22.5度、45度
7、和90相移位具体电路结构图,中频宽带五位数字移相器设计方案,180度相移位具体电路结构图,三级单位60度相移单元级联获得180度相移位,中频宽带五位数字移相器设计方案, 型结构的高通/低通滤波器型移相器理论相位误差分析,论证了所选用方案的可行性, 在6010MHz频率范围内的理论相位误差,中频宽带五位数字移相器的电路设计,各相移位高通和低通支路中电感和电容的初值计算 中心频率的归一化电纳 中心频率的归一化电抗,180度相移位元件初值,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化 根据理论计算结果选定距离理论值最近的电感量,再对电容进行优化,直到技术指标达到最佳结果,最后,根据实际的电
8、容值组合出距离优化值最近的电容组合.,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化,单位电路的仿真模型,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化,(a)插入损耗 (b)相移,(c)回波损耗 (d)最终元件值,11.25度相移位的优化结果,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化,(a)插入损耗 (b)相移,(c)回波损耗 (d)最终元件值,22.5度相移位的优化结果,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化,(a)插入损耗 (b)相移,(c)回波损耗 (d)最终元件值,45度相移位的优化结果,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和
9、优化,(a)插入损耗 (b)相移,(c)回波损耗 (d)最终元件值,90度相移位的优化结果,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化,180度相移位的电路模型,中频宽带五位数字移相器的电路设计,实际电路的仿真和优化,(a)插入损耗 (b)相移,(c)回波损耗 (d)最终元件值,180度相移位的优化结果,中频宽带五位数字移相器的电路设计,仿真结果显示,在6010MHz频率范围内,所有状态的指标都优于设计要求,所以认为设计方案可行.,实际电路的仿真和优化,中频宽带五位数字移相器的电路设计,控制电路设计,偏置电路拓扑图,驱动电路原理图,线绕电感,偏压(即驱动器输出),中频宽带五位数字移
10、相器的实现,1、采用了立体结构 2、外形尺寸是40mmX30mmX20mm,比国内外同类产品的体积减小了30%以上,中频宽带五位数字移相器实物图,中频宽带五位数字移相器的测试及结果分析,中频宽带五位数字移相器的测试系统,中频宽带五位数字移相器的测试框图,直流稳压电源、TTL电平,中频宽带五位数字移相器,矢量网络分析仪E8363B,中频宽带五位数字移相器的测试及结果分析,中频宽带五位数字移相器的测试结果,0度相移位测试结果,中频宽带五位数字移相器的测试及结果分析,中频宽带五位数字移相器的测试结果,11.25度相移位测试结果,中频宽带五位数字移相器的测试及结果分析,中频宽带五位数字移相器的测试结果
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