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L波段四位數(shù)字移相器的設(shè)計與仿真

作者: 時間:2014-06-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/259403.htm

1 引言

微波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(jìn)行控制以滿足系統(tǒng)的需要。在相控陣?yán)走_(dá)、微波通信、衛(wèi)星技術(shù)等眾多領(lǐng)域都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。特別是在相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中,是T/R組件的關(guān)鍵器件。自20世紀(jì)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(xiàn)形式也逐漸由波導(dǎo)、同軸線過渡到微帶線形式。在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了,混合微波集成電路(HMIC)移相器。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,計算機(jī)仿真技術(shù)的不斷完善和半導(dǎo)體材料及工藝的迅猛發(fā)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(yīng)運而生。國際上已經(jīng)有多個型號的MMIC移相器研制成功并投入市場。受設(shè)備和技術(shù)等因素的限制,國內(nèi)對MMIC移相器的研究開發(fā)進(jìn)展相對緩慢,基本仍處于試制使用階段。從電路的性能指標(biāo)、功率容量、價格等角度出發(fā),HMIC移相器仍具有應(yīng)用優(yōu)勢。因此,進(jìn)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公司的軟件具有完整的設(shè)計和仿真優(yōu)化功能,能快速有效地設(shè)計仿真出需要的電路,可以大大提高設(shè)計的成功率,從而減輕設(shè)計者的工作量。

2 移相器設(shè)計

2.1 本移相器的原理框圖及主要性能參數(shù)

與傳輸線串聯(lián)或并聯(lián)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(jìn)形成16個移相。利用將四個相移位級聯(lián)起來的方法,即可構(gòu)成本文設(shè)計的四位數(shù)字移相器(如圖1所示)。通過控制驅(qū)動電路輸出偏置電流從而能使處于正向或反向偏置狀態(tài),從而實現(xiàn)16個相移狀態(tài) 。

圖1 PIN移相器原理框圖

設(shè)計的移相器的主要性能參數(shù)為:工作頻率為1.5GHz±100MHz,均方根相位誤差3°,插入損耗2.5dB,回波損耗15dB。

2.2 的仿真建模

PIN二極管作為開關(guān)元件進(jìn)行控制,具有相移精度高、功率大、體積重量小、開關(guān)時間短、控制功率小、對溫度變化的穩(wěn)定性好等優(yōu)點。實際的PIN二極管并不是理想通斷的開關(guān)。通過查找文獻(xiàn)可得的等效電路,據(jù)此對PIN管進(jìn)行建模,如圖2所示。

圖2(a)為PIN管正向偏置模型,圖2(b)為PIN管反向偏置模型。通過查閱技術(shù)文獻(xiàn)及實際測量,模型中、、、等參數(shù)均易于獲得。由于PIN管連接的兩段微帶線之間的間隙很?。?mm),它們之間的耦合無法避免,故在這里引入了一個間隙模塊(MGAP)來模擬這種情況。


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