本發(fā)明涉及微波電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于鐵電材料的六位數(shù)字移相器。

背景技術(shù)：

隨著無線通訊的發(fā)展和不斷進(jìn)步，一些通信方式對(duì)于移相器的要求越來越高，尤其是相控陣?yán)走_(dá)，移相器是相控陣(T/R)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵器件，移相器的性能體現(xiàn)了整個(gè)(T/R)組件的性能。

傳統(tǒng)的移相器一般不具有可調(diào)性，目前，在可調(diào)移相器的研究方面，國(guó)內(nèi)外也開展了一些研究。2011年，Carsten Fritzsch等人用微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical systems,MEMS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)移相器的可調(diào)功能，同時(shí)，2011年，丁揚(yáng)和吳柯用可調(diào)二極管加載基片集成波導(dǎo)(Substrate Intergrated Waveguide,SIW)技術(shù)來嘗試實(shí)現(xiàn)移相器的可調(diào)性能,2011年，M.Sazegar通過鐵電材料實(shí)現(xiàn)有源天線的設(shè)計(jì)，但是這些方法增加了電路的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于鐵電材料的可調(diào)六位數(shù)字移相器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種基于鐵電材料的可調(diào)六位數(shù)字移相器，包括依次串聯(lián)連接的第一移相單元、第二移相單元、第三移相單元、第四移相單元、第五移相單元和第六移相單元，還包括上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板，所述第一移相單元、第三移相單元和第五移相單元設(shè)置于上層介質(zhì)基板上，所述第二移相單元、第四移相單元和第六移相單元設(shè)置于下層介質(zhì)基板上；所述第一移相單元、第三移相單元和第五移相單元在Rogers4350基片上，第二移相單元、第四移相單元和第六移相單元的材料為鐵電材料。

進(jìn)一步，所述第一移相單元包括第一微帶線、第二微帶線、第一傳輸線、第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，所述第一微帶線的一端與第一二極管的正極連接，第一二極管的負(fù)極與第一傳輸線的一端連接，第一傳輸線的一端與第二二極管的正極連接，第二二極管的負(fù)極與第二微帶線的一端連接，第二微帶線的另一端與第三二極管的正極連接，第三二極管的負(fù)極與第一傳輸線的另一端連接，第三傳輸線的另一端與第四二極管的正極連接，第四二極管的負(fù)極與第一微帶線的另一端連接，第一傳輸線的兩端分別連接電源。

進(jìn)一步，所述第三移相單元包括第三微帶線、第四微帶線、第二傳輸線、第五二極管、第六二極管、第七二極管和第八二極管，所述第三微帶線的一端與第五二極管的正極連接，第五二極管的負(fù)極與第二傳輸線的一端連接，第二傳輸線的一端與第六二極管的正極連接，六二極管的負(fù)極與第四微帶線的一端連接，第四微帶線的另一端與第七二極管的正極連接，第七二極管的負(fù)極與第二傳輸線的另一端連接，第二傳輸線的另一端與第八二極管的正極連接，第八二極管的負(fù)極與第三微帶線的另一端連接，第二傳輸線的兩端分別連接電源。

進(jìn)一步，所述第五移相單元包括第五微帶線、第六微帶線、第三傳輸線、第九二極管、第十二極管、第十一二極管和第十二二極管，所述第五微帶線的一端與第九二極管的正極連接，第九二極管的負(fù)極與第三傳輸線的一端連接，第五傳輸線的一端與第十二極管的正極連接，十二極管的負(fù)極與第六微帶線的一端連接，第六微帶線的另一端與第十一二極管的正極連接，第十一二極管的負(fù)極與第三傳輸線的另一端連接，第三傳輸線的另一端與第十二二極管的正極連接，第十二二極管的負(fù)極與第五微帶線的另一端連接，第三傳輸線的兩端分別連接電源。

進(jìn)一步，所述第五微帶線的長(zhǎng)度大于第三微帶線的長(zhǎng)度，第三微帶線的長(zhǎng)度大于第一微帶線的長(zhǎng)度，第二微帶線的長(zhǎng)度等于第四微帶線的長(zhǎng)度，第四微帶線的長(zhǎng)度等于第六微帶線的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步，所述第二移相單元包括相移線和與相移線連接的電感線，所述相移線通過連接線分別與第一移相單元的其中一個(gè)電源端、第三移相單元的其中一個(gè)電源端連接，所述相移線包括豎直設(shè)置的若干條豎向相移線，每?jī)蓷l豎向相移線間設(shè)置橫向相移線，所述豎向相移線與橫向相移線首尾相連。

進(jìn)一步，所述第四移相單元包括相移線和與相移線連接的電感線，所述相移線通過連接線分別與第一移相單元的其中一個(gè)電源端、第三移相單元的其中一個(gè)電源端連接，所述相移線包括豎直設(shè)置的若干條豎向相移線，每?jī)蓷l豎向相移線間設(shè)置橫向相移線，所述豎向相移線與橫向相移線首尾相連。

進(jìn)一步，所述第六移相單元包括相移線和與相移線連接的電感線，所述相移線通過連接線分別與第一移相單元的其中一個(gè)電源端、第三移相單元的其中一個(gè)電源端連接，所述相移線包括豎直設(shè)置的若干條豎向相移線，每?jī)蓷l豎向相移線間設(shè)置橫向相移線，所述豎向相移線與橫向相移線首尾相連。

進(jìn)一步，所述第二移相單元的相移線長(zhǎng)度小于第四移相單元的相移線，第四移相單元的相移線長(zhǎng)度小于第六移相單元的相移線。

進(jìn)一步，所述第一移相單元為5.625°移相單元，所述第二移相單元為45°移相單元，所述第三移相單元為11.25°移相單元,所述第四移相單元為90°移相單元，所述第五移相單元為22.5°移相單元,所述第六移相單元為180°移相單元。

由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明可以替代傳統(tǒng)的六位數(shù)字移相器的較復(fù)雜的移相單元；通過改變鐵電材料的直流偏壓，就能夠調(diào)整移相單元的輸出相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)六位數(shù)字移相器的相位調(diào)整；該結(jié)構(gòu)約為傳統(tǒng)的數(shù)字移相器體積的1/3，易于集成其它微波電路集成，具有很強(qiáng)的實(shí)用性及應(yīng)用前景。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1為本發(fā)明基于可調(diào)鐵電材料的六位數(shù)字移相器整體電路圖；

圖2為本發(fā)明基于可調(diào)鐵電材料的移相單元的具體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

一種基于鐵電材料的可調(diào)六位數(shù)字移相器，包括依次串聯(lián)連接的第一移相單元1、第二移相單元4、第三移相單元2、第四移相單元5、第五移相單元3和第六移相單元6，還包括上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板，所述第一移相單元、第三移相單元和第五移相單元設(shè)置于上層介質(zhì)基板上，所述第二移相單元、第四移相單元和第六移相單元設(shè)置于下層介質(zhì)基板上；所述第一移相單元、第三移相單元和第五移相單元在Rogers4350基片上，第二移相單元、第四移相單元和第六移相單元的材料為鐵電材料。

所述第一移相單元為5.625°移相單元，所述第二移相單元為45°移相單元，所述第三移相單元為11.25°移相單元,所述第四移相單元為90°移相單元，所述第五移相單元為22.5°移相單元，所述第六移相單元為180°移相單元。

本發(fā)明基于可調(diào)鐵電材料的六位數(shù)字移相器中采用對(duì)下層較大移相量單元使用鐵電材料，通過改變鐵電材料的直流偏壓，改變鐵電材料的介電常數(shù)的方式調(diào)整鐵電移相單元的輸出相位，從而調(diào)整整個(gè)六位數(shù)字移相器輸出相位精度，提高六位數(shù)字移相器的性能。

所述第一移相單元包括第一微帶線、第二微帶線、第一傳輸線、第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管，所述第一微帶線的一端與第一二極管的正極連接，第一二極管的負(fù)極與第一傳輸線的一端連接，第一傳輸線的一端與第二二極管的正極連接，第二二極管的負(fù)極與第二微帶線的一端連接，第二微帶線的另一端與第三二極管的正極連接，第三二極管的負(fù)極與第一傳輸線的另一端連接，第三傳輸線的另一端與第四二極管的正極連接，第四二極管的負(fù)極與第一微帶線的另一端連接，第一傳輸線的兩端分別連接電源。

所述第三移相單元包括第三微帶線、第四微帶線、第二傳輸線、第五二極管、第六二極管、第七二極管和第八二極管，所述第三微帶線的一端與第五二極管的正極連接，第五二極管的負(fù)極與第二傳輸線的一端連接，第二傳輸線的一端與第六二極管的正極連接，六二極管的負(fù)極與第四微帶線的一端連接，第四微帶線的另一端與第七二極管的正極連接，第七二極管的負(fù)極與第二傳輸線的另一端連接，第二傳輸線的另一端與第八二極管的正極連接，第八二極管的負(fù)極與第三微帶線的另一端連接，第二傳輸線的兩端分別連接電源。

所述第五移相單元包括第五微帶線、第六微帶線、第三傳輸線、第九二極管、第十二極管、第十一二極管和第十二二極管，所述第五微帶線的一端與第九二極管的正極連接，第九二極管的負(fù)極與第三傳輸線的一端連接，第五傳輸線的一端與第十二極管的正極連接，十二極管的負(fù)極與第六微帶線的一端連接，第六微帶線的另一端與第十一二極管的正極連接，第十一二極管的負(fù)極與第三傳輸線的另一端連接，第三傳輸線的另一端與第十二二極管的正極連接，第十二二極管的負(fù)極與第五微帶線的另一端連接，第三傳輸線的兩端分別連接電源。

所述第五微帶線的長(zhǎng)度大于第三微帶線的長(zhǎng)度，第三微帶線的長(zhǎng)度大于第一微帶線的長(zhǎng)度，第二微帶線的長(zhǎng)度等于第四微帶線的長(zhǎng)度，第四微帶線的長(zhǎng)度等于第六微帶線的長(zhǎng)度。

所述第二移相單元包括相移線和與相移線連接的電感線，所述相移線通過連接線分別與第一移相單元的其中一個(gè)電源端、第三移相單元的其中一個(gè)電源端連接，所述相移線包括豎直設(shè)置的若干條豎向相移線，每?jī)蓷l豎向相移線間設(shè)置橫向相移線，所述豎向相移線與橫向相移線首尾相連。

所述第四移相單元包括相移線和與相移線連接的電感線，所述相移線通過連接線分別與第一移相單元的其中一個(gè)電源端、第三移相單元的其中一個(gè)電源端連接，所述相移線包括豎直設(shè)置的若干條豎向相移線，每?jī)蓷l豎向相移線間設(shè)置橫向相移線，所述豎向相移線與橫向相移線首尾相連。

所述第六移相單元包括相移線和與相移線連接的電感線，所述相移線通過連接線分別與第一移相單元的其中一個(gè)電源端、第三移相單元的其中一個(gè)電源端連接，所述相移線包括豎直設(shè)置的若干條豎向相移線，每?jī)蓷l豎向相移線間設(shè)置橫向相移線，所述豎向相移線與橫向相移線首尾相連。

所述第二移相單元的相移線長(zhǎng)度小于第四移相單元的相移線，第四移相單元的相移線長(zhǎng)度小于第六移相單元的相移線。

在本實(shí)施例中，上層介質(zhì)基板采用Rogers 4350介質(zhì)，介電常數(shù)3.48，厚度0.254mm，下層介質(zhì)基板采用BST結(jié)構(gòu)，介電常數(shù)120～150，BST厚度約0.01毫米，在上層介質(zhì)基板和下層介質(zhì)基板間設(shè)置中間層，移相單元加電電壓約0～8V左右。上下兩層通過過孔7相連，直流偏壓通過V_cc給電感線供電，上層通過Vcc1給PIN二極管供電，PIN開關(guān)二極管10采用Microsemi公司的LSP1000。

如圖2所示，過孔的內(nèi)圓環(huán)半徑為R，下層BST結(jié)構(gòu)中的相移線8的長(zhǎng)度為l₁，l₂和l₃寬度為w₁(分別對(duì)應(yīng)第二移相單元、第四移相單元、第六移相單元)，電感線9的長(zhǎng)度為l₄，寬度為w₂，間隙為s。

當(dāng)通帶中心頻率是2.6GHz左右，介質(zhì)基板均采用BST薄膜鐵電材料，介電常數(shù)156，厚度為0.01mm，直流供電電壓2～8伏調(diào)整。通過仿真確定鐵電電容的內(nèi)部參數(shù)初值分別是，l₁＝10.2mm，l₂＝18.9mm，l₃＝27.2mm，w₁＝0.16mm，s＝0.03mm，l₄＝16.3mm，w₂＝0.18mm，R＝0.15mm。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。