一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器制造技術

本發明專利技術公開了一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器，輸入信號經過正交信號發生器后形成兩路正交的差分信號I路信號和Q路信號；其中I路信號經過I路相位象限控制器、I路壓控增益放大器后到達加法器的一端，Q路信號經過Q路相位象限控制器、Q路壓控增益放大器后到達加法器的另路一端；加法器把兩路信號相加后從輸出端輸出；邏輯編碼器主要完成對外部輸入的五位數字控制信號的編碼用來控制DAC、I路相位象限控制器和Q路相位象限控制器；DAC控制I路壓控增益放大器和Q路壓控增益放大器和加法器。本發明專利技術的有益效果是采用無源移相器件，可以實現很高的集成度，占用面積小，且損耗小。

【技術實現步驟摘要】
一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器
本專利技術屬于有源移相器
，涉及一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器。
技術介紹
移相器在雷達、通信、儀器儀表、重離子加速器、導彈姿態控制等眾多
都有著廣泛的應用。移相器是一種二端口網絡，是直流偏置作為控制信號的電路，主要使輸入和輸出信號之間產生相位差。不論是數字移相器還是模擬移相器，其基本功能均是借助直流偏置作為控制信號來改變待處理信號的傳輸相位，因此電控移相器是所有相控陣雷達的關鍵部件之一。通過移相器最主要的特征一移相器的控制方式，移相器可以劃分為模擬移相器和數字移相器。模擬移相器根據實際需要，通過控制信號相應的連續變化使得相移連續改變，這種移相器的特點該以概括為相移連續可調；數字移相器與模擬移相器最為根本的差別在于，其移相只能按照預定的離散值進行變化，即其相移是量化了的、相位只能階躍變化，本專利技術的移相器步進相移為11.25。移相器的主要想能指標有:(I)工作頻帶；(2)移相量；(3)移相精度；(4)出入損耗；(5)輸入駐波比；(6)承受功率。傳統的數字移相器主要分為開關線型移相器、負載線性移相器、高低痛型移相器和發射型移相器，這些結構主要是通過無源網絡實現移相的，無源網絡不僅有插入損耗，而且還占用較大的面積，不利于集成。本專利技術的移相器是通過有源移相網絡實現的，具有一定的增益，而且占用面積小，利于集成。微波波段數字移相器現在大多采用的是GaAs工藝，GaAs材料價格昂貴，特別是當無源元件(如濾波器、雙工器、天線)占用大量面積時，其成本更高。相對其它半導體材料而言，硅具有廉價豐富、易于生長大尺寸、高純度的晶體及熱性能與機械性能優良等優點。然而幾十年來微波集成電路一直使用價值昂貴的GaAs或InP作襯底材料，并為此發展了一套全新的加工工藝和邏輯設計方法。這是因為硅若作為微波電路的襯底，傳統上認為它有兩個明顯的缺陷:一是電子技術發展所依賴的兩種重要晶體管硅BJT和MOSFET的工作速度太低，達不到微波電路的頻譜要求；二是常用硅的電阻率太小(1-100 Qcm)，將引起過高的介質損耗，使硅襯底微波傳輸線與無源元件的衰減比GaAs襯底平均高出一個數量級，不能投入實際使用。最近幾年，隨著頻率高達IOOGHz的硅二極管與SiGeHBT的研制成功，以及發現通過在硅襯底與信號導體之間加入多層薄膜絕緣介質可以降低標準硅傳輸線的損耗，證明了硅完全適合于取代GaAs或InP用作微波集成電路的襯底。本專利技術的移相器采用的是BiCMOS工藝，具有低成本的優點。傳統的數字移相器移相網絡主要是采用無源網絡，利用開關管改變輸入和輸出之間的無源網絡來改變移相值。由于無源網絡沒有增益，具有一定的插入損耗，此外無源網絡中的無源器件在電路中占據較大面積，不利于集成。本專利技術的移相網絡是利用有源器件實現的，具有一定增益，而且有源器件占用面積比無源器件小的多，大大減小了移相器的面積，有利于高度集成。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器，解決了現有的移相器插入損耗大、占用面積大的問題。本專利技術所采用的技術方案是包括正交信號發生器，模擬加法器，DAC和邏輯編碼器；其中，輸入信號經過正交信號發生器后形成兩路正交的差分信號I路信號和Q路信號;正交信號發生器將I路信號和Q路信號輸出給模擬加法器，模擬加法器由I路相位象限控制器、Q路相位象限控制器、I路壓控增益放大器、Q路壓控增益放大器和加法器組成；其中I路信號經過I路相位象限控制器、I路壓控增益放大器后到達加法器的一端，Q路信號經過Q路相位象限控制器、Q路壓控增益放大器后到達加法器的另路一端；加法器把兩路信號相加后從輸出端輸出；邏輯編碼器主要完成對外部輸入的五位數字控制信號的編碼，它的輸出用來控制DAC、I路相位象限控制器和Q路相位象限控制器；DAC把從邏輯編碼器輸入的數字信號轉換成模擬信號，轉換后的模擬信號用來控制I路壓控增益放大器和Q路壓控增益放大器和加法器。進一步，所述正交信號發生器采用的是二階無源RLC諧振網絡，有一對差分輸入端Vin+、Vin-,兩對差分輸出端Vra+、V0I_和VM+、V0Q_,兩個電感L1、L2，兩個電容Cl、C2，兩個電阻R1、R2 ;其中差分輸入端Vin+與LI和Cl的一端相連接，Vin_與L2、C2的一端相連，Vra+與Rl的一端和Cl的另一端連接，V0I_與R2的一端和C2的另一端連接，V0Q+與LI的另一端和R2的另一端相連，V0Q_與L2的另一端和Rl的另一端相連。進一步，所述DAC由7模塊、19模塊、28模塊、37模塊、91模塊和四個NMOS晶體管Ml、M2、M3、M4構成，其中7模塊有兩個輸入端口 SO、SON和兩個輸出端口 Il和Q1，輸入端口 SO、SON接邏輯編碼器的數字信號，SON是SO的非，輸出端口 Il與I路輸入電流節點相連接，Ql與Q路輸入電流節點相連接；19模塊有兩個輸入端口 S1、SlN和兩個輸出端口 12和Q2，S1、SlN是接來自邏輯編碼器的數字信號，SlN是SI的非，12與I路輸入電流節點相連接，Q2與Q路輸入電流節點相連接；28模塊有兩個輸入端口 S2、S2N和兩個輸出端口 13和Q3，S2、S2N是接來自邏輯編碼器的數字信號，S2N是S2的非，13與I路輸入電流節點相連接，Q3與Q路輸入電流節點相連接；37模塊有兩個輸入端口 S3、S3N和兩個輸出端口 14和Q4，S3、S3N是接來自邏輯編碼器的數字信號，S3N是S3的非，13與I路輸入電流節點相連接，Q3與Q路輸入電流節點相連接；91模塊有兩個輸入端口 S4、S4N和兩個輸出端口 14和Q4，S4、S4N是接來自邏輯編碼器的數字信號，S4N是S4的非，14與I路輸入電流節點相連接，Q4與Q路輸入電流節點相連接；M1管的漏極與M3的源級、Ml的柵級相連，Ml管的源級與地相連，Ml管的柵級與Ml的漏極、M5的柵級相連；M3管的漏極與I1、12、13、14、15、M3管的柵級相連，M3管的源級與Ml管的漏極相連；M3管的柵級與M3管的漏極相連，Ibias和I路壓控增益放大器的偏置相連；M2管的漏極與M4的源級、M2的柵級相連，M2管的源級與地相連，M2管的柵級與41的漏極、M6的柵級相連；M4管的漏極與Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、M4管的柵級相連，M4管的源級與M2管的漏極相連；M4管的柵級與M4管的漏極相連，Qbias和Q路壓控增益放大器的偏置相連。進一步，所述模擬加法器由I路相位象限控制器、I路壓控增益放大器、Q路相位象限控制器、Q路壓控增益放大器和加法器組成，加法器由兩個NMOS晶體管M5和M6組成；M5和M6分別為I路壓控增益放大器、Q路壓控增益放大器的尾電流，用來控制I路壓控增益放大器和Q路壓控增益放大器的增益，加法器把I路壓控增益放大器和Q路壓控增益放大器的輸出電流相加，加法器的輸出為移相后的差分信號。本專利技術的有益效果是采用無源移相器件，可以實現很高的集成度，占用面積小，且損耗小。【附圖說明】圖1為本專利技術的電路結構示意圖；圖2為本專利技術的正交信號發生器結構圖；圖3為本專利技術的DAC結構示意圖；圖4為本專利技術的模擬加法器結構示意圖。 圖中，1.正交信號發生本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器，其特征在于：包括正交信號發生器(1)，模擬加法器(2)，DAC(3)和邏輯編碼器(4)；其中，輸入信號經過正交信號發生器(1)后形成兩路正交的差分信號I路信號和Q路信號；正交信號發生器(1)將I路信號和Q路信號輸出給模擬加法器(2)，模擬加法器(2)由I路相位象限控制器(201)、Q路相位象限控制器(203)、I路壓控增益放大器(202)、Q路壓控增益放大器(204)和加法器(205)組成；其中I路信號經過I路相位象限控制器(201)、I路壓控增益放大器(202)后到達加法器(205)的一端，Q路信號經過Q路相位象限控制器(203)、Q路壓控增益放大器(204)后到達加法器(205)的另路一端；加法器(205)把兩路信號相加后從輸出端輸出；邏輯編碼器(4)主要完成對外部輸入的五位數字控制信號的編碼，它的輸出用來控制DAC(3)、I路相位象限控制器(201)和Q路相位象限控制器(203)；DAC(3)把從邏輯編碼器(4)輸入的數字信號轉換成模擬信號，轉換后的模擬信號用來控制I路壓控增益放大器(202)和Q路壓控增益放大器(204)和加法器(205)。...

【技術特征摘要】
1.一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器，其特征在于:包括正交信號發生器(I)，模擬加法器(2)，DAC (3)和邏輯編碼器(4)； 其中，輸入信號經過正交信號發生器(I)后形成兩路正交的差分信號I路信號和Q路信號; 正交信號發生器(I)將I路信號和Q路信號輸出給模擬加法器(2)，模擬加法器(2)由I路相位象限控制器(201)、Q路相位象限控制器(203)、I路壓控增益放大器(202)、Q路壓控增益放大器(204)和加法器(205)組成；其中I路信號經過I路相位象限控制器(201)、I路壓控增益放大器(202)后到達加法器(205)的一端，Q路信號經過Q路相位象限控制器(203)、Q路壓控增益放大器(204)后到達加法器(205)的另路一端；加法器(205)把兩路信號相加后從輸出端輸出； 邏輯編碼器(4)主要完成對外部輸入的五位數字控制信號的編碼，它的輸出用來控制DAC (3)、I路相位象限控制器(201)和Q路相位象限控制器(203)； DAC(3)把從邏輯編碼器(4)輸入的數字信號轉換成模擬信號，轉換后的模擬信號用來控制I路壓控增益放大器(202)和Q路壓控增益放大器(204)和加法器(205)。2.按照權利要求1所述一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器，其特征在于:所述正交信號發生器(I)采用的是二階無源RLC諧振網絡，有一對差分輸入端Vin+、Vin_，兩對差分輸出端^^+^.和VQQ+、VQQ_，兩個電感L1、L2，兩個電容C1、C2，兩個電阻R1、R2 ;其中差分輸入端Vin+與LI和Cl的一端相連接，Vin_與L2、C2的一端相連，V0I+與Rl的一端和Cl的另一端連接，V0I_與R2的一端和C2的另一端連接，V0Q+與LI的另一端和R2的另一端相連，V0Q_與L2的另一端和Rl的另一端相連。3.按照權利要求1所述一種基于正交矢量調制的超寬帶五位有源移相器，其特征在于:所述DAC(3)由 7 模塊(301)、19 模塊(302)、28 模塊(303)、37 模塊(304)、91 模塊(305)和四個NMOS晶體管M1、M2、M3、M4構成，其中7模塊(301)有兩個輸入端口 SO、SON和兩個輸出端口 Il和Q1，輸入端口 S0、S0N接邏輯編碼器(4)的數字信號，SON是SO的非，輸出端口 Il與I路輸入電流節點相連接，Q...

【專利技術屬性】
技術研發人員：莊奕琪，李振榮，權星，井凱，曾志斌，靳剛，湯華蓮，李小明，李聰，劉偉峰，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61