CN108767377A - 一种双掷开关加载移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双掷开关加载移相器，其包括输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9、电压控制端口P10和移相器，移相器由开关芯片WKD1、开关芯片WKD2，以及不等长的直通带状线L1与直通带状线L2这两条传输线组成，两条传输线具有相同的传播系数β和不同的长度差Δx，通过开关切换使得初始时参考线是联通的，然后使得参考线断开，移相线联通，输出口的移相量Δθ＝βΔx，因传播系数β是确定的，所以通过设计两段传输线的长度差就可以使相位移相达到90°。本发明不仅较好地实现了实现90°移相，而且结构简单、性能更优。

Description

一种双掷开关加载移相器

技术领域

本发明涉及移相器，尤其涉及一种双掷开关加载移相器。

背景技术

随着移动通信、雷达通信等无线通信技术及军事国防电子***的飞速发展，小型化、高性能、低成本已成为目前微波射频领域的重点发展方向，这对微波射频器件提出了更高的性能要求。移相器的作用是将信号相位搬移一定角度，一般用于需要控制波形相位，对相位精度要求较高的***。描述这种部件性能的主要指标有：工作频率范围、输入输出驻波比、回波损耗、***损耗、相位差等，其中现有的移相器难以实现90°移相，因而无法满足应用需求。此外，现有技术中未见有LTCC工艺封装的移相器，导致现有的移相器存在损耗大、温度稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种可实现90°移相且性能更优的双掷开关加载移相器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种双掷开关加载移相器，其包括输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9、侧印地GND1、侧印地GND2、电压控制端口P10和移相器，所述移相器的左侧由后至前依次间隔设有开关输出端口P2、输入端口P1和开关输出端口P3，所述移相器的右侧由后至前依次间隔设有开关输出端口P4、输出端口P5和开关输出端口P6，所述移相器的后侧由左至右依次间隔设有电压控制端口P7、侧印地GND1和电压控制端口P9，所述移相器的前侧由左至右依次间隔设有电压控制端口P8、侧印地GND2和电压控制端口P10；所述移相器包括输入连接线Rin1、输入连接线Rin2、芯片第一输出连接线Rout1、芯片第二输出连接线Rout2、芯片第三输出连接线Rout3、芯片第四输出连接线Rout4，芯片电压控制连接线V1、芯片电压控制连接线V2、芯片电压控制连接线V3、芯片电压控制连接线V4，开关芯片WKD1、开关芯片WKD2、开路加载带状线L3、开路加载带状线L4、直通带状线L1、直通带状线L2，接地板B1、接地板B2和接地板B3，接地板B1、直通带状线L1、接地板B2、直通带状线L2和接地板B3由上至下依次间隔设置，开关芯片WKD1位于输入端口P1的相邻处，开关芯片WKD2位于输出端口P5的相邻处；输入端口P1与输入连接线Rin1的一端连接，输入连接线Rin1的另一端与开关芯片WKD1连接，芯片第一输出连接线Rout1与开关输出端口P2连接，芯片第二输出连接线Rout2与开关输出端口P3连接，芯片电压控制连接线V1与电压控制端口P7连接，芯片电压控制连接线V2与电压控制端口P8连接；直通带状线L1的一端与开关输出端口P3连接，另一端与开关输出端口P4连接，直通带状线L2的一端与开关输出端口P2连接，另一端与开关输出端口P6连接，直通带状线L1与开关输出端口P3相连接的一端还连接有开路加载带状线L3，直通带状线L1与开关输出端口P4相连接的一端还连接有开路加载带状线L4，输入连接线Rin2的一端连接输出端口P5，另一端与开关芯WKD2连接，芯片第一输出连接线Rout3与开关输出端口P4连接，芯片第二输出连接线Rout4与开关输出端口P6连接，芯片电压控制连接线V3与电压控制端口P9连接，芯片电压控制连接线V4与电压控制端口P10连接。

优选地，输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9和电压控制端口P10均为特性阻抗50欧姆的端口。

优选地，所述输入端口P1、所述开关输出端口P2、所述开关输出端口P3、所述开关输出端口P4、所述输出端口P5、所述开关输出端口P6、所述电压控制端口P7、所述电压控制端口P8、所述电压控制端口P9、所述侧印地GND1、所述侧印地GND2、所述电压控制端口P10和所述移相器均采用多层低温共烧陶瓷工艺加工。

优选地，所述直通带状线L2为蛇形线，所述直通带状线L2的线长度大于所述直通带状线L1的线长度。

本发明公开的双掷开关加载移相器，主要由开关芯片WKD1、开关芯片WKD2，以及不等长的直通带状线L1与直通带状线L2这两条传输线组成，其中直通带状线L2是参考线，直通带状线L1是移相线，两条传输线具有相同的传播系数β和不同的长度差Δx，通过开关切换使得初始时参考线是联通的，然后切换开关使得参考线断开，移相线联通，输出口的移相量Δθ＝βΔx，因传播系数β是确定的，所以通过设计两段传输线的长度差就可以使相位移相达到90°，而移相器的中心频率通过改变传输线长短来确定。相比现有技术而言，本发明不仅较好地实现了实现90°移相，而且本发明结构简单、易于实现且性能更优。

附图说明

图1是本发明移相器的开关芯片连接示意图；

图2是本发明移相器的带状线示意图；

图3是本发明移相器的层次结构图；

图4是本发明移相器的S参数曲线图；

图5是本发明移相器的相位特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种双掷开关加载移相器，结合图1至图3所示，其包括输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9、侧印地GND1、侧印地GND2、电压控制端口P10和移相器，所述移相器的左侧由后至前依次间隔设有开关输出端口P2、输入端口P1和开关输出端口P3，所述移相器的右侧由后至前依次间隔设有开关输出端口P4、输出端口P5和开关输出端口P6，所述移相器的后侧由左至右依次间隔设有电压控制端口P7、侧印地GND1和电压控制端口P9，所述移相器的前侧由左至右依次间隔设有电压控制端口P8、侧印地GND2和电压控制端口P10；

所述移相器包括输入连接线Rin1、输入连接线Rin2、芯片第一输出连接线Rout1、芯片第二输出连接线Rout2、芯片第三输出连接线Rout3、芯片第四输出连接线Rout4，芯片电压控制连接线V1、芯片电压控制连接线V2、芯片电压控制连接线V3、芯片电压控制连接线V4，开关芯片WKD1、开关芯片WKD2、开路加载带状线L3、开路加载带状线L4、直通带状线L1、直通带状线L2，接地板B1、接地板B2和接地板B3，接地板B1、直通带状线L1、接地板B2、直通带状线L2和接地板B3由上至下依次间隔设置，开关芯片WKD1位于输入端口P1的相邻处，开关芯片WKD2位于输出端口P5的相邻处；

输入端口P1与输入连接线Rin1的一端连接，输入连接线Rin1的另一端与开关芯片WKD1连接，芯片第一输出连接线Rout1与开关输出端口P2连接，芯片第二输出连接线Rout2与开关输出端口P3连接，芯片电压控制连接线V1与电压控制端口P7连接，芯片电压控制连接线V2与电压控制端口P8连接；

直通带状线L1的一端与开关输出端口P3连接，另一端与开关输出端口P4连接，直通带状线L2的一端与开关输出端口P2连接，另一端与开关输出端口P6连接，直通带状线L1与开关输出端口P3相连接的一端还连接有开路加载带状线L3，直通带状线L1与开关输出端口P4相连接的一端还连接有开路加载带状线L4，输入连接线Rin2的一端连接输出端口P5，另一端与开关芯WKD2连接，芯片第一输出连接线Rout3与开关输出端口P4连接，芯片第二输出连接线Rout4与开关输出端口P6连接，芯片电压控制连接线V3与电压控制端口P9连接，芯片电压控制连接线V4与电压控制端口P10连接。

上述双掷开关加载移相器，主要由开关芯片WKD1、开关芯片WKD2，以及不等长的直通带状线L1与直通带状线L2这两条传输线组成，其中直通带状线L2是参考线，直通带状线L1是移相线，两条传输线具有相同的传播系数β和不同的长度差Δx，通过开关切换使得初始时参考线是联通的，然后切换开关使得参考线断开，移相线联通，输出口的移相量Δθ＝βΔx，因传播系数β是确定的，所以通过设计两段传输线的长度差就可以使相位移相达到90°，而移相器的中心频率通过改变传输线长短来确定。相比现有技术而言，本发明不仅较好地实现了实现90°移相，而且本发明结构简单、易于实现且性能更优。

本实施例中，输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9和电压控制端口P10均为特性阻抗50欧姆的端口。

进一步地，所述输入端口P1、所述开关输出端口P2、所述开关输出端口P3、所述开关输出端口P4、所述输出端口P5、所述开关输出端口P6、所述电压控制端口P7、所述电压控制端口P8、所述电压控制端口P9、所述侧印地GND1、所述侧印地GND2、所述电压控制端口P10和所述移相器均采用多层低温共烧陶瓷工艺加工。

本发明优选采用LTCC工艺(即多层低温共烧陶瓷工艺)加工，其中LTCC工艺技术是一种电子封装技术，采用多层陶瓷叠层工艺，能将无源元件内置于介质内部，同时可将无源或有源元件表面封装于介质基板形成功能完整的模块。LTCC技术易于实现体积小、损耗小、稳定性高的部件，基于该技术制造非传统工艺的移相器，可大大缩小器件尺寸、降低生产成本、并实现损耗小、稳定性高、温度稳定性好等优点。利用该工艺，使得移相器的尺寸可缩小为10mm×6mm×1.5mm。

本实施例中，所述直通带状线L2为蛇形线，所述直通带状线L2的线长度大于所述直通带状线L1的线长度。所述直通带状线L1呈倾斜状。

本发明公开的双掷开关加载移相器，其工作原理为：当电压控制端口P7给以高电压，电压控制端口P8给以低电压，开关芯片WKD1的开关输出端口P3是导通的，开关输出端口P2是关断的；同理对开关芯片WKD2的各端口；一开始开关芯片WKD1的电压控制端口P7给低电压，开关芯片WKD2的电压控制端口P6的电压与电压控制端口P7一致，电压控制端口P4与电压控制端口P8给高电压，这样使得开关输出端口P2和开关输出端口P6是导通的，开关输出端口P3和开关输出端口P4是关闭的，信号从输入端口P1输入，连接在开关输出端口P2和开关输出端口P6的直通带状线L2是导通的并产生参考相位；然后切换开关，使得开关输出端口P6与电压控制端口P7的端口给以高电压，开关输出端口P4与电压控制端口P8给以低电压，使得开关输出端口P2与开关输出端口P6关闭，开关输出端口P3与开关输出端口P4导通，使得直通带状线L1导通，参考线直通带状线L2关闭，基于上述原理，使得直通带状线L1与直通带状线L2的相位相差90°左右，并在输出端口P5输出相位差曲线。

此外，本发明对直通带状线L2进行蛇形状处理，不仅减小了体积，而且加强了耦合。为了实现移相器的超宽带，直通带状线L1采用了加载枝节型，在线两端加了两个枝节，能获得较好的带宽和移相精度。

请参照图4和图5，经过HFSS仿真软件测试得出，本发明移相器的带宽为2.4GHz～4.6GHz，输入输出端口回波损耗均优于20dB，相位差大约90°，误差在5°内，符合在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域的应用要求。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种双掷开关加载移相器，其特征在于：包括输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9、侧印地GND1、侧印地GND2、电压控制端口P10和移相器，所述移相器的左侧由后至前依次间隔设有开关输出端口P2、输入端口P1和开关输出端口P3，所述移相器的右侧由后至前依次间隔设有开关输出端口P4、输出端口P5和开关输出端口P6，所述移相器的后侧由左至右依次间隔设有电压控制端口P7、侧印地GND1和电压控制端口P9，所述移相器的前侧由左至右依次间隔设有电压控制端口P8、侧印地GND2和电压控制端口P10；

所述移相器包括输入连接线Rin1、输入连接线Rin2、芯片第一输出连接线Rout1、芯片第二输出连接线Rout2、芯片第三输出连接线Rout3、芯片第四输出连接线Rout4，芯片电压控制连接线V1、芯片电压控制连接线V2、芯片电压控制连接线V3、芯片电压控制连接线V4，开关芯片WKD1、开关芯片WKD2、开路加载带状线L3、开路加载带状线L4、直通带状线L1、直通带状线L2，接地板B1、接地板B2和接地板B3，接地板B1、直通带状线L1、接地板B2、直通带状线L2和接地板B3由上至下依次间隔设置，开关芯片WKD1位于输入端口P1的相邻处，开关芯片WKD2位于输出端口P5的相邻处；

输入端口P1与输入连接线Rin1的一端连接，输入连接线Rin1的另一端与开关芯片WKD1连接，芯片第一输出连接线Rout1与开关输出端口P2连接，芯片第二输出连接线Rout2与开关输出端口P3连接，芯片电压控制连接线V1与电压控制端口P7连接，芯片电压控制连接线V2与电压控制端口P8连接；

直通带状线L1的一端与开关输出端口P3连接，另一端与开关输出端口P4连接，直通带状线L2的一端与开关输出端口P2连接，另一端与开关输出端口P6连接，直通带状线L1与开关输出端口P3相连接的一端还连接有开路加载带状线L3，直通带状线L1与开关输出端口P4相连接的一端还连接有开路加载带状线L4，输入连接线Rin2的一端连接输出端口P5，另一端与开关芯WKD2连接，芯片第一输出连接线Rout3与开关输出端口P4连接，芯片第二输出连接线Rout4与开关输出端口P6连接，芯片电压控制连接线V3与电压控制端口P9连接，芯片电压控制连接线V4与电压控制端口P10连接。

2.如权利要求1所述的双掷开关加载移相器，其特征在于：输入端口P1、开关输出端口P2、开关输出端口P3、开关输出端口P4、输出端口P5、开关输出端口P6、电压控制端口P7、电压控制端口P8、电压控制端口P9和电压控制端口P10均为特性阻抗50欧姆的端口。

3.如权利要求1所述的双掷开关加载移相器，其特征在于：所述输入端口P1、所述开关输出端口P2、所述开关输出端口P3、所述开关输出端口P4、所述输出端口P5、所述开关输出端口P6、所述电压控制端口P7、所述电压控制端口P8、所述电压控制端口P9、所述侧印地GND1、所述侧印地GND2、所述电压控制端口P10和所述移相器均采用多层低温共烧陶瓷工艺加工。

4.如权利要求1所述的双掷开关加载移相器，其特征在于：所述直通带状线L2为蛇形线，所述直通带状线L2的线长度大于所述直通带状线L1的线长度。