l波段模拟可调移相器的设计

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1、电子科技大学硕士学位论文1．2移相器的发展动态在六十年代初期，美国有科研人员研制了U型可变伸缩同轴线作为微波基准的移相器，工作频点为30MHz，可实现相移为300。。当时的移相器只能工作在单频点上。七十年代中期，出现了高电阻率硅制造的介质波导机械式移相器。它的原理为：对介质波导中的场加一个扰动时，该模式的波导波长相应地会发生变化，从而引起相移。后来出现的电子移相器，就是用PIN结构代替机械装置。半导体PIN二极管移相器是发展最早也是现在使用最广泛的一种数字移相器。它的优点是易于采用数字信号控制、切换速度快、体积小、对温度变

2、化不敏感、激励功率小，但其缺点是频带一般较窄，插损较大并且插损不稳定。PIN移相器已经在毫米波段得到广泛应用【4】。接下来用于相控阵扫描的Reggia-Spencer铁氧体移相器开始出现，从此打开了铁氧体移相器技术的新时代。铁氧体移相器具有较大的功率容量，插入损耗比较小，移相度也可做到很大，但是由于需要驱动电流来驱动激励线圈，所以体积很庞大【51。到了八十年代，微电子工艺技术的提高，各种微波，毫米波系统分析手段的完善，再加上相控阵雷达，通信，导弹制导，武器发展的需要，直接促进了移相器的发展，出现了各种高性能的移相器。如各种

3、介质移相器。雷达天线上的介质移相器己应用在80GHz左右的毫米波段【6】，并且在较低频率的天线中也得到了广泛得应用【_7】【8】。压电控制的波导介质移相器在X波段有良好的相移及插损，但是其反射性能较差【9】。压电控制的微带及CPW介质移相器在平面电路中应用广泛，但是其反射性能也不尽如人意【Io-14】。Joines，W．T曾提出的一种L-S波段的介质移相器，其相移、插损、反射性能均较好，但其结构比较复杂，设计、加工有一定难度【151。进入九十年代，出现了一些应用在微波集成电路中的移相器，它们的特点是可集成存微波，毫米波集成

4、电路中，工作频率比较高，并且带宽也比较宽。这促进了微波，毫米波技术的发展。其中最重要的是基于GaAs集成电路工艺的MMIC，它的优点是制作工艺成熟、工艺误差对器件电性能的影响比较小、温度稳定性也好，但缺点是插损大、功率容量比较小、且工艺难度大【16lfl71。进入九十年代中期，又出现了MEMS移相烈181，这种移相器的优点是体积小、重量轻、集成度高、损耗小、功率容量大、制造成本低、易于和IC，MMIC2第一章引言电路集成，是当前各国竞争研究的热点。但其缺点是移相开关的速度较慢。随着新材料和新工艺的不断出现和发展，移相器将继

5、续朝着高性能、小型化和低成本方向发展。1．3本课题的主要内容本课题的研究内容将集中解决移相器存在移相精度低，插入损耗大，功率容量不高和驻波比大等一系列问题，制作性能优良的模拟移相器，主要有以下内容：l、查找已经设计出的介质移相器中存在的不足之处，并对其提出改进方案。2、利用HFSS软件对改进后的介质移相器进行仿真验证，并研究移相器各结构参数对器件整体性能的影响，进一步对其优化。3、对器件的测试结果进行比较，分析产生测试结果偏差的原因，注意测试中可能引入的一些问题。3电子科技大学硕士学位论文第二章移相器的基本原理移相器是控制

6、信号相位变化的控制元件，广泛应用于雷达系统、微波通信系统和测量系统。移相器的种类有很多，可按不同的因素分类。当按相移量的取值来分，移相器可分为模拟和数字两种形式，模拟式移相器相移量可在一定范围内连续可变，而数字式移相器的相移量只能在一定范围内取某些特定值。如果要构成n位数字移相器可用n个相移数值不同的子移相器串联而成。每个子移相器应有移相和不移相两个状态。最小的子移相器的相移量为Aqo=3600／2“。故n位数字移相器可得到2“个不同相移值。数字移相器可以用数字控制电路来进行控制，与外电路的接口比较容易。而模拟式移相器可实

7、现360。范围内的无极扫描，这样可以有更高的移相精度，它多用在系统相位自动调整的场合和移相精度要求特别高的场合。按使用材料分，移相器有铁氧体移相器、铁电陶瓷移相器、半导体二极管移相器、砷化镓MMIC(单片微波集成电路)移相器和MEMS(微电子机械系统)移相器等。根据功率电平分有高功率移相器和低功率移相器：按传输线形式分有波导移相器、同轴线移相器、带状线移相器、微带线移相器、共面波导移相器；根据所采用的元件还可以分为集中参数移相器和分布参数移相器。移相器发展到今天，已经出现了采用各种材料(波导、微带、铁氧体材料、MMIC等)

8、、各种设计方案(反射型、开关传输型以及加载线型等)制成的各种频段(主要体现在微波毫米波频段)的、适用于不同场合的移相器。本章将介绍移相器的基本移相原理和主要性能指标，并对典型的移相器结构实例进行了分析。2．1基本移相原理移相器又可称为相移器，其作用是改变电磁波的相位移。本来，行波在通过任何一定长度的传输