專利名稱：寬帶高通相位調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子技術(shù)領(lǐng)域的相位調(diào)節(jié)器，具體地說，涉及的是一種寬 帶高通相位調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
隨著射頻和微波集成電路及系統(tǒng)的發(fā)展，相位調(diào)節(jié)器被廣泛應(yīng)用于各類射 頻電路系統(tǒng)中，如壓控振蕩器和功率放大器等。在通信系統(tǒng)中，由于鎖相環(huán)電 路的廣泛使用，要求系統(tǒng)內(nèi)頻率可以調(diào)諧，因此相位調(diào)節(jié)器被廣泛應(yīng)用于壓控 振蕩器當(dāng)中，通過電壓的改變可以有效的調(diào)節(jié)振蕩器中的相位，從而達到窄帶 頻率可調(diào)的目的，而且這種方法不會降低相位噪聲。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Yong-Sheng Dai等在《IEEE Microwave and Wireless Components Letters》，(美國IEEE微波與無線元件雜志)2008 年2月第18巻第2期第109至111頁上發(fā)表的"A Novel Miniature l_22GHz 90°MMIC Phase Shifter with Microstrip Radial Stubs"，該文中提至U了一 種寬帶相移器的設(shè)計方法，具體方法是利用了集成電路和微帶線混合電路實現(xiàn) 了寬帶相位調(diào)節(jié)器。其不足在于盡管這種設(shè)計方法在一定程度上增加了相位調(diào) 節(jié)器的帶寬，提高了其可調(diào)諧范圍，但其損耗也相應(yīng)增加，約為2.5 — 3.5dB; 此外，由于研究與設(shè)計方法的不確定性和特殊性，這種方法難以形成一定的設(shè) 計規(guī)律，且電路較為復(fù)雜，實現(xiàn)起來有一定難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種寬帶高通相位調(diào)節(jié)器， 使其克服了高插入損耗和復(fù)雜的電路設(shè)計，其設(shè)計方法具有一定的規(guī)律且易于 實現(xiàn)。本發(fā)明滿足壓控振蕩器的寬帶調(diào)諧能力，且結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，能夠 提供較高的調(diào)諧范圍和較低的損耗，可以應(yīng)用于壓控振蕩器的設(shè)計中。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括第一變?nèi)荻O管、第二變 容二極管、第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線、第五微帶線，兩個電容，首先輸入端與第二微帶線連接，第二微帶線另一端分別與第二變?nèi)?二極管的陽極連接和第四微帶線一端連接，第四微帶線另一端接地。第二變?nèi)?二極管的陰極分別與另一個第一變?nèi)荻O管的陰極和一根第一微帶線一端連 接，第一變?nèi)荻O管和第二變?nèi)荻O管采用背靠背的連接方法，這種方法有助 于實現(xiàn)低阻抗的連接方式，達到變?nèi)荻O管電壓可調(diào)諧的目的，另外可以增加 相位調(diào)節(jié)器的功率承受能力。第一微帶線分別與直流電源和兩個電容一端連接， 兩個電容的另一端接地，第一變?nèi)荻O管的陽極分別與第三微帶線和第五微帶 線一端連接，第五微帶線另一端接地，第三微帶線另一端接輸出。
所述第一微帶線、第四微帶線、第五微帶線均為100歐姆微帶線。這些微帶 線分別由具體數(shù)值的電感來確定。
所述第二微帶線、第三微帶線均為50歐姆微帶線。
本發(fā)明首先采用了普通的高通濾波電路的設(shè)計方法，在此基礎(chǔ)上，將濾波 電路中的電感元件，轉(zhuǎn)化成分布式微帶線的形式，再使用變?nèi)荻O管替代電容 元件，并采用兩個變?nèi)荻O管背對背的形式，提供較低的輸入阻抗，從而引入 直流偏置，達到電容隨電壓變化的目的，從而使電路的相位隨電壓的控制而變 化。
本發(fā)明相位調(diào)節(jié)器的的輸入和輸出分別接入振蕩器和功率放大器的輸出和 輸入，直流電源接在第一歐姆微帶線的一端，通過調(diào)節(jié)直流電源，達到調(diào)節(jié)第 一變?nèi)荻O管和第二變?nèi)荻O管可變電容的目的，而整個電路的相位則隨著變 容二極管電容的變化而變化。
本發(fā)明采用了Agilent公司的射頻與微波仿真軟件ADS對其進行了仿真，同
時考慮了在較高頻率下變?nèi)荻O管等元件的寄生效應(yīng)，及其對電路的頻率相應(yīng) 的影響。
本發(fā)明得到了寬帶相移器的頻率響應(yīng)，且其損耗較低(0.5-1.5dB)，在直 流偏置0-10V下，相位的可調(diào)諧范圍約為77°，通過采用安捷倫公司的網(wǎng)絡(luò)分析 儀，對其進行了實驗測量，得到了與仿真相同的結(jié)果，進一步證明了本發(fā)明的 實用性和可靠性。


圖1為五級高通濾波等效電路。圖2為相位調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為變?nèi)荻O管的等效電路。
圖4為變?nèi)荻O管電容隨電壓的變化關(guān)系。
圖5為本發(fā)明仿真結(jié)果圖中(a)帶寬(b)損耗。
圖6為本發(fā)明相位和損耗測試結(jié)果圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，為本實施例等效電路圖，它是一個五級高通濾波電路，由三 個電感和兩個電容組成。輸入端分別接入電感L和電容C2，電容C2分別接電感 L3和電容C4，電容C4接電感Ls，電感U接輸出端。這個高通濾波電路的下限截 止頻率設(shè)定為所使用頻率的65%，這樣的選擇可以保證電路在所使用的頻率下 具有較好的平坦度，即插入損耗較小。
如圖2所示，本實施例包括PCB襯底(Rogers公司的4003C， "=3.38, 襯 底高度H:0.508m，)、金屬導(dǎo)體(銅導(dǎo)體，厚度T-17um)、變?nèi)荻O管(Ma-com公 司的46H070)和去耦電容。它是在圖l所示的等效電路圖的基礎(chǔ)上，將該五級高 通濾波等效電路(電感部分)轉(zhuǎn)化成了分布式的微帶線結(jié)構(gòu)形式，這是因為在 高頻率段，普通電感元件具有較大的寄生電容，且品質(zhì)系數(shù)也較低，采用微帶 線的形式可以精確的計算出相應(yīng)的等量電感；而電容部分則可以由兩個變?nèi)荻?極管采用背靠背的方式替代，這種方式在偏置部分可以得到低阻抗的特性，因 此可以通過控制電壓的方式來調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管的電容，達到電壓調(diào)諧相位調(diào)節(jié) 器相位的目的。
如圖2所示，為了使輸入和輸出滿足外部電路的匹配要求，輸入輸出都采用 了50歐姆的微帶傳輸線，其中輸入端與50歐姆微帶線TL2連接，50歐姆微帶線TL2 另一端分別與一個變?nèi)荻O管D2的陽極連接和100歐姆微帶線TL4一端連接， 100歐姆微帶線TL4另一端接地。變?nèi)荻O管D2的陰極分別與另一個變?nèi)荻O管 D1的陰極和一根100歐姆微帶線TL1一端連接，D1和D2采用背靠背的連接方法，這種方法有助于實現(xiàn)低阻抗的連接方式，達到變?nèi)荻O管電壓可調(diào)諧的目的， 另外可以增加相位調(diào)節(jié)器的功率承受能力。100歐姆微帶線TL1分別與直流電源 DC和兩個電容C1和C2—端連接，達到消除直流偏置對射頻信號的影響電容C1和 C2的另一端接地，變?nèi)荻O管D1的陽極分別與50歐姆微帶線TL3和100歐姆微帶 線TL5—端連接，100歐姆微帶線TL5另一端接地，50歐姆微帶線TL3另一端接輸 出。這里圖1中的并聯(lián)電感L、 L2和L3轉(zhuǎn)化成為的100歐姆微帶線形式。
這里采用100歐姆微帶線可以更好的等效電感，使所采用的微帶線等于電 感的實際計算值。
圖3所示是Ma-com公司的變?nèi)荻O管及其等效電路，R是寄生電阻，"是 寄生電感，d是寄生電容，C2是可變電容，其電容隨偏置電壓的變化而變化。兩 個變?nèi)荻O管采用了背靠背的方式連接，這種方法可以有效地降低偏置連接點 的阻抗，并且可以讓相移器承受更大的功率。
圖4所示是變?nèi)荻O管隨偏置電壓變化的關(guān)系，通過改變直流偏置電壓， 可以改變變?nèi)荻O管的電容，從而調(diào)節(jié)了插入損耗S^的相位。
本實施例利用安捷倫公司的ADS仿真軟件進行仿真，結(jié)果如圖5所示。從圖 中可以看出，其帶寬可以達到4GHz,而損耗隨電壓的變化大約在0.5-1.5dB范圍 內(nèi)。
本實施例還采用了安捷倫公司的網(wǎng)絡(luò)分析儀對其進行了損耗和相位可調(diào)諧范 圍的測試，其工作頻率為4GHz，如圖6所示。由圖6可以看出，其損耗隨電壓的 變化約為0.5-1. 5dB，與仿真結(jié)果一致。此外相位的可調(diào)諧范圍隨電壓的變化(0 —10v)可以達到了 77。。
本實施例采用較為簡單的結(jié)構(gòu)，理論依據(jù)明確。通過高通濾波電路的實現(xiàn) 和轉(zhuǎn)化，設(shè)計實現(xiàn)新型的寬帶相位調(diào)節(jié)器。其帶寬達到了4GHz，而損耗相對較 小，僅在0.5-1.5dB間變化，由于對變?nèi)荻O管采用了背靠背的新型連接方法， 提高了電壓對變?nèi)荻O管的控制能力和可調(diào)諧能力，其電壓可調(diào)諧范圍為O — IOV，相位調(diào)節(jié)范圍為77°。通過軟件仿真和實際測量證明了這種新型設(shè)計方法的 可行性，其帶寬和動態(tài)可調(diào)諧范圍高于同類的相位調(diào)節(jié)器。
權(quán)利要求
1、一種寬帶高通相位調(diào)節(jié)器，包括第一變?nèi)荻O管、第二變?nèi)荻O管、第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線、第五微帶線、兩個電容，其特征在于第二微帶線連接輸入端，第二微帶線另一端分別與第二變?nèi)荻O管的陽極連接和第四微帶線一端連接，第四微帶線另一端接地，第二變?nèi)荻O管的陰極分別與另一個第一變?nèi)荻O管的陰極和一根第一微帶線一端連接，第一變?nèi)荻O管和第二變?nèi)荻O管采用背靠背的連接方法，第一微帶線分別與直流電源和兩個電容一端連接，兩個電容的另一端接地，第一變?nèi)荻O管的陽極分別與第三微帶線和第五微帶線一端連接，第五微帶線另一端接地，第三微帶線另一端接輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬帶高通相位調(diào)節(jié)器，其特征是，所述第一微帶 線、第四微帶線、第五微帶線均為100歐姆微帶線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬帶高通相位調(diào)節(jié)器，其特征是，所述第二微帶 線、第三微帶線均為50歐姆微帶線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的寬帶高通相位調(diào)節(jié)器，其特征是，所述相位調(diào)節(jié) 器的的輸入和輸出分別接入振蕩器和功率放大器的輸出和輸入，直流電源接在 第一歐姆微帶線的一端，通過調(diào)節(jié)直流電源，達到調(diào)節(jié)第一變?nèi)荻O管和第二 變?nèi)荻O管可變電容的目的，整個電路的相位則隨著變?nèi)荻O管電容的變化而 變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子技術(shù)領(lǐng)域的寬帶高通相位調(diào)節(jié)器，其中第二微帶線連接輸入端，第二微帶線另一端分別與第二變?nèi)荻O管的陽極連接和第四微帶線一端連接，第四微帶線另一端接地，第二變?nèi)荻O管的陰極分別與另一個第一變?nèi)荻O管的陰極和一根第一微帶線一端連接，第一變?nèi)荻O管和第二變?nèi)荻O管采用背靠背的連接方法，第一微帶線分別與直流電源和兩個電容一端連接，兩個電容的另一端接地，第一變?nèi)荻O管的陽極分別與第三微帶線和第五微帶線一端連接，第五微帶線另一端接地，第三微帶線另一端接輸出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，能夠獲得較寬帶的頻率響應(yīng)和較大的相位調(diào)節(jié)度，可應(yīng)用于寬帶壓控振蕩器和功率放大器中。
文檔編號H03H7/20GK101299598SQ200810039568
公開日2008年11月5日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者亮 周, 尹文言, 毛軍發(fā) 申請人:上海交通大學(xué)