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1 引言 微波移相器是一種微波控制電路，其主要作用于是對微波信號的相位進行控制以滿足系統的需要。移相器在相控陣雷達、微波通信、衛星技術等眾多領域都具有非常廣闊的應用前景。特別是在相控陣雷達系統中，移相器是T/R組件的關鍵器件。自20世紀60年代以來，隨著移相器需求的增大，移相器理論得以不斷豐富完善，制造工藝也日趨成熟。微波移相器的實現形式也逐漸由波導、同軸線過渡到微帶線形式。在此基礎上出現了，混合微波集成電路(HMIC)移相器。進入20世紀80年代，計算機仿真技術的不斷完善和半導體材料及工藝的迅猛發展使基于單片微波集成電路(MMIC)的微波移相器在這一階段應運而生。國際上已經有多個型號的MMIC移相器研制成功并投入市場。受設備和技術等因素的限制，國內對MMIC移相器的研究開發進展相對緩慢，基本仍處于試制使用階段。從電路的性能指標、功率容量、價格等角度出發，HMIC移相器仍具有應用優勢。因此，進行高性能高移相精度的HMIC移相器的仿真研究具有非常重要的意義。Agilent公司的ADS軟件具有完整的設計和仿真優化功能，能快速有效地設計仿真出需要的電路，可以大大提高設計的成功率，從而減輕設計者的工作量。 2 移相器設計 2.1 本移相器的原理框圖及主要性能參數 與傳輸線串聯或并聯的任何電抗，都會引入相移，移相器電路4位分別為180°，90°，45°，22.5°。在0°～360°間以22.5°為步進形成16個移相。利用將四個相移位級聯起來的方法，即可構成本文設計的四位數字移相器(如圖1所示)。通過控制驅動電路輸出偏置電流從而能使PIN管處于正向或反向偏置狀態，從而實現16個相移狀態 。 圖1 PIN移相器原理框圖 設計的移相器的主要性能參數為：工作頻率為1.5GHz±100MHz，均方根相位誤差 圖2 PIN管的等效模型 圖3 開關線式和加載線式移相器原理圖 2.4 移相器電路仿真及結果 ADS具有強大的算法及隨機梯度等優化方法，能按照參數迅速仿真出需要的電路，從而大大減輕設計者的工作量。本電路是在介電常數ε=4.4，厚度H=2mm，金屬厚度T=0.036mm的微帶介質基片上進行仿真的。圖4為加載線型、開關線型和級聯后的電路原理圖。 (a) 加載線型 (b) 開關線型 (c) 級聯 圖4 加載線型(a)、開關線型(b)及級聯(c)電路原理圖先對每位移相器電路進行單獨優化，再級聯起來進行整體調試。 級聯后各個移相位的性能都有不同程度的惡化，所以之前在單獨設計每位移相器時應把設計指標合理地提高。 (a) (b) (c) (d) 圖5 仿真結果(a)所示為16個相移狀態，RMS不超過3°。圖5(b)、圖5(c)、圖5(d)分別示出了仿真所得移相器16個相移狀態下的駐波比(L波段四位數字移相器工作于1.5GHz±100MHz，相位誤差<3°，駐波比<1.3，插入損耗<2.5dB，各位級聯回波損耗<15dB，滿足設計要求。利用仿真所得結果即可制版加工出實物。 |
