x波段五位数字移相器研制

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1、第一章引言1．1微波控制电路及器件第一章引言在微波技术领域，需要对信号参量进行控制的场合很多，例如控制电路的通断、衰减量的大小、相移量的多少等等。控制时要求迅速而准确，这是机械方法所难以做到的。最初的典型微波控制电路是天线收发开关。随着多波束雷达、相控阵雷达、微波测量技术以及微波中继、卫星技术等方面的发展，出现了一大批电控的微波控制电路，如微波开关、微波调制器、微波限幅器、电控衰减器、数字式移相器等川。根据所控制的信号参量的不同，微波控制电路可分为三个种类：(1)微波开关、脉冲调制器等，用于控制微波信号传输路径的通断或转换：

2、(2)电控衰减器、限幅器、幅度调制器等，用于控制微波信号的大小的(3)移相器、调相器等，用于控制微波信号的相位。按控制方式分类，微波控制电路分为它控和自控两种。它控是指由外加的控制功率来改变微波固体器件的工作状态，进而改变电路的参量，如电控衰减器。微波调制器、移相器等。自控是由微波功率本身的大小来改变微波固体器件的工作状态，从而对电路进行控制。微波限幅器就是其中之一，当通过限幅器的微波功率超过某一阈值时，其衰减就迅速增大，限制了通过功率的进一步增大，起到了“限幅”的作用。微波控制器件，是微波控制电路的核心，如PIN二极管、砷

3、化镓场效应三极管、变容管及肖特基势垒管等微波固体器件，它们由于结构上的特点，宜于和微带电路相结合，故常用于混合微波集成电路(HMIC)中。除此之外，微波铁氧体也是一种微波控制器件，它有着对应的适用范围。电子科技大学硕士学位论文1．2微波移相器及其应用作为微波控制电路的一个种类，微波移相器主要针对制微波信号的相位进行控制以满足系统的需要。微波移相器在雷达、通信、仪器仪表、重离子加速器及导弹姿态控制系统中有着广泛的应用前景。集成电控移相器一般分为数字和模拟两类，所谓数字式移相器是指其相位的变化是跳变的，不能连续变化，一般利用PI

4、N二极管作为开关元件进行控制，它移相精度高，功率大；模拟式移相器相位的变化是连续的，常采用变容二极管进行控制。尤其需要着重说明的是，数字式移相器在相控阵雷达岬1中的应用，而这也是数字式移相器最主要的应用领域。相控阵雷达是一种采用电扫描方式工作的雷达系统，它利用电子计算机控制移相器改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描，实现对多目标的搜索和跟踪，其具有功能多、机动性强、反应时短、数据率高、抗干扰能力强及可靠性高等诸多特点【5l，是现代雷达发展的一个重要分支。相控阵雷达中有上千个发／收(T／R)组件如图1．1所示，而每个组

5、件都要需要一个数字式移相器，因此移相器的性能体现了T／R组件的性能，进而体现了相控阵雷达的性能，如其相移步长、状态转换速率以及稳定性。可靠性、重量等因素会分别影响天线扫描波束的跃度、采集数据率以及T／R组件的使用性、重量，而移相器的成本也会成为整个雷达系统成本高低的决定性因素之一。图1．1T／R组件基本结构基于微波移相器广泛的应用领域，特别是其在军事方而的应用，如何采用先进的工艺手段，设计和生产出体积小。重量轻，性能指标优良，工作稳定可靠的微波移相器，一直是微波工程师关注的重点之一。第一章引言1_3微波移相器的发展现状与趋势

6、微波移相器的理论在上世纪五、六十年代己经得到详细地论述并被逐步完善，而随着同时期微波领域内的两大技术变革：微波固体有源器件的研制及微波平面传输线的深入研究和实用化，微波移相器的实现形式也由波导、同轴线过渡到微带线，出现了移相器的混合微波集成电路(HMIC)，其后在计算机仿真技术的辅助下，其电路的设计精度曰益提高，电路性能的计算也更加有效、精确了。在近二十年，半导体材料及工艺的发展使得单片微波集成电路(MMIC)成为微波电路领域内的研究热点，这其中当然包括移相器的HMIC。目前，在国外，已有若干型号的移相器MMIC芯片被研制出

7、来并投放市场，例如Boire等人开发的4．5～18GHz五位移相器【6】：而在国内，由于需要超精细的半导体工艺设备和技术，所以只有少数科研单位展开了MMIC的研究和开发工作(如ShenYa等人报道的x波段五位数字移相器口1)，但受基础设施的限制，进展比较缓慢。但从发展的角度来看，MMIC移相器电路将是未来移相器电路设计的重点。1．4论文的主要研究内容本文针对数字式移相器的理论分析和设计作了一定的研究，分析了五位数字式移相器电路的设计原理，并使用微波CAD软件AdvancedDesignSystem2004(ADS)辅助设计，

8、从而生产制造出处于研制阶段的五位数字式移相器电路，并对其性能进行测量、分析，归结成文。本论文包括以下几个方面的内容：第一章介绍了微波移相器的应用、发展现状及趋势，并说明了本课题的来源及意义。第二章详细介绍了各种移相器的电路结构及它们的工作原理，并针对部分移相器性能参数、优缺点、适用相移范围