x波段五位数字式移相器的分析

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1、X波段五位数’，式移相器的研究控制移相器来改变每一个发射器向空中发射无线电波的相位，从而使雷达波瓣能像天线旋转一样，一个相位一个相位地偏转，完成对空搜索。雷达波束在空中能甭准确定位、波束主瓣能否有效抑制旁瓣，都取决于移相器的精度和响应速度。移相器移相精度在一定程度上成为衡量T／R组件设计成败的标志16-引。1．2国内外发展动态从60年代开始，伴随移相器需求的不断增大，移相器的理论不断丰富完善、制造丁艺也同益改进成熟【9’1”。与此同时，微波固体有源器件的研制和微波平面传输线的实用化等两大技术进步，进一步促进了微波移相器的变

2、革。微波移相器的实现形式逐渐由波导、同轴线过渡到微带线形式。在此基础上，出现了混合微波集成电路(HMIC)移相器。就国内过去的情况看，七十年代以来便陆续研制了系列L．S频段的T／R组件，但无论从设计、参数、可靠性水平、重量、体积、批量生产能力和制造成本等方面都与国外先进水平差距不小。80年代以来，计算机仿真技术的不断完善使移相器电路设计能力R趋提高，而半导体材料及工艺的发展使电路性能也更加可靠。微波移相器的单片微波集成电路(MMIC)也在这一阶段应运而生。国际上已经有多种型号的移相器MMIC研制成功并投放市场。MMIC将所

3、有的无源和有源电路都集成在一块半导体晶片上，因此具有不容簧疑的很多优点。例如，小尺寸、高性能、强功能、大量生产以及伴随出现的低成本。虽然MMIC电路的研发肯定是未来微波技术的总体发展趋势，国外己投入使用的MMIC移相器在体积、集成度等方面有较高水平，但是也有局限。首先，目前已知的MMIC微波移相器，在相移精度、插入损耗等性能上还并不能完全满足用户需要，而HMIC微波移相器的性能相对更好。其次，基于国内目前现状，并没有大批量、低成本成本生产高性能MMIC微波元部件实际能力，大量项目仍需使用现有产品。因而可以预计，在未来较长的

4、一段时间量，HMIC微波移相器仍有不容忽视的巨大市场。其次，随着设计软件的进步，很多设计工作均可通过计算机而简化，大大缩短，设计周期与制造成本。这也弥补了HMIC微波移相器的部分不利现状。总的来讲，正是因为上面的种种原因，HMIC在现阶段占有主导地位。对它进行深入研究、完善提高其性能，非常具有现实意义和市场价值。国外关于混合集成电路方面的报道比较少，有关报道称一种工作在L波段的四位数字移相器，22．50、450和900相移位均采用加载线式移相位，1800移相位采用反射式移相位。该移相器在L波段内10％的带宽内获得了小于30

5、的相位误差，平均损耗大约1．5dB，最大幅度不平衡度是0．3dB!MJ。第一章绪论1．3本课题的意义3一随着航天技术飞速发展，空间活动日益增多，对各种用途的空间探测相控阵雷达提出了许多新要求，它们是推动相控阵雷达发展的持续动力。这些新要求是：更高的测量精度、多目标及高分辨能力、更高的数据率、观察小型空间目标的能力、目标识别与目标事件的观测能力、实现空间物理现象的观测、组网观测等。其次由于现代军事上，对目标的分辨率要求越来越高，因此需采用微波波段的高端，例如X波段及毫米波波段的相控阵雷达。因为此种雷达可得到更窄的波束，分辨率

6、高，跟踪精度高：地面杂波和多路径影响小，目标跟踪的低空性能好；多普勒效应影响大，具有良好的多普勒分辨率：可穿透雨、雾、战场浓烟、尘埃进行探测。所以X波段雷达在军事上有着更重要的应用前景，与此同时，也就要求研制出与之对应的高性能移相器。1．4本论文的主要内容及结构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EDA软件ADS辅助设计，最后对其性能进行分析对比。本论文包括以下几个方面的内容：第一章介绍了移相器的应用，发展状况及趋势，并说明本课题的意义。第二章对数字移相器电路

7、的控制器件一PIN二极管的基本性能进行了分析阐述，利用其等效电路实行设计时的模拟和优化。第三章详细介绍了移相器原理包括基本移相器原理及技术指标以及移相器的种类，并且就它们的性能参数、优缺点、适用范围进行了说明。第四章着重针对所应用到的两种移相位的移相原理加以说明，其中重点描述了新颖的短截线开关式移相位。同时作出了其电路参数的设计曲线图，其次又对比了以往的开关式移相位和新颖的短截线开关式移相位。第五章提出了五位数字式移相电路的具体设计方案，并利用EDA软件ADS进行了优化设计，分析了仿真结果。此后又对版图进行了设计。最后，将

8、所得的电路性能进行比较和分析。第六章对全文的总结，并对今后的工作提出了一些看法。第二章PIN原理及开关受计第二章PIN原理及开关设计2．1PIN的基本工作原理【151PIN二极管的结构如图2．1．1所示，两边分别为重掺杂的P+和N+型半导体，中间夹一层电阻率很高的本征半导体工层。因PIN管的使用材料和加