CN117176106A - 基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，涉及调控电路技术领域。本发明提供一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，该电路包括相位调控网络和对称的电阻衰减网络，其中相位调控网络包括相位调控开关管和相位调控电容，所述相位调控开关管的控制端连接控制信号，其他两个连接端分别接地、连接相位调控电容的第一端；所述相位调控电容第二端连接在电阻衰减网络的对称位置连接端。相比于现有的通过级联的幅相控制***，本发明仅增加相位调控开关管与电容元件，可在衰减单元尺寸保持不变的情况下额外实现相位调控功能，同时，一体化设置，避免了电路插损，提升了电路效率。

Description

基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路

技术领域

本发明涉及调控电路技术领域，具体涉及一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路。

背景技术

高精度移相、衰减电路在相控阵***、宽带电子对抗等电子***中都有广泛的应用，其移相、衰减精度指标直接影响波束扫描精度等核心性能，在大规模相控阵等收发***中移相、衰减电路在很大程度上影响***成本。

传统的无源移相、衰减电路分别采用高低通网络、电阻衰减网络级联实现，虽然通过参数优化在特定频段实现高精度移相、衰减特性，但是该方法中的移相衰减电路结构无法复用，导致电路尺寸大，限制电路集成度的提升。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，解决了现有技术中的移相、衰减电路尺寸大的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，包括相位调控网络和对称的电阻衰减网络；

其中，所述相位调控网络包括相位调控开关管和相位调控电容，所述相位调控开关管第一端接地，第二端连接相位调控电容的第一端，

第三端连接控制信号；

所述相位调控电容第二端连接在电阻衰减网络的对称位置连接端。

优选的，所述对称的电阻衰减网络包括π型电阻衰减网络或桥T型电阻衰减网络。

优选的，所述π型电阻衰减网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关管、第二开关管和第三开关管；

其中，所述第一电阻和第三电阻的电阻相同，第二电阻和第四电阻的电阻相同；

第二开关管的第一端和第二端分别连接第一电阻和第二电阻的第一端；

第三开关管的第一端和第二端分别连接第三电阻和第四电阻的第一端；

第一电阻和第三电阻的第二端相互连接，其连接端为π型电阻衰减网络的对称位置连接端；

第二电阻和第四电阻的第二端接地；

第一开关管的第一端连接输入信号，第二端连接输出信号；

第一开关管、第二开关管和第三开关管的第三端均连接控制信号，其中，第二开关管、第三开关管连接的为同向的控制信号，第一开关管与第二开关管、第三开关管连接的是互为反向的控制信号。

优选的，在幅度调控状态下，通过控制第一开关管、第二开关管和第三开关管实现两种不同的幅度特性；

当第一开关管的控制信号为高时，第一开关管导通，第二开关管与第三开关管断开，输入信号经由第一开关管开态(低阻状态)传输；

第一开关管的控制信号为低时第二开关管与第三开关管导通，第一开关管断开，信号经由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻组成的π型电阻网络传输。

优选的，在相位调控状态下，通过控制相位调控开关管实现相位调控；

当相位调控开关管的控制信号为高时，相位调控开关管导通，相位调控开关管等效为电阻；相位调控电容与电阻串联后等效相位调控电容直接接地，为相位参考态；

当相位调控开关管的控制信号为低时，相位调控开关管断开，相位调控开关管等效为关态小电容；相位调控电容与关态小电容串联接地，为移相态。

优选的，所述桥T型电阻衰减网络包括第一开关管、第二开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

其中，第一电阻和第三电阻的电阻相同，第二电阻和第四电阻的电阻相同；

第一开关管的第一端经由第二电阻、第四电阻与第一开关管的第二端相连；

第一电阻的第一端连接在第一开关管和第二电阻的公共端上，且其公共端连接输入信号；第一电阻第二端连接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端连接在第一开关管和第四电阻的公共端上，且其公共端连接输出信号；

第一电阻与第三电阻的连接端为桥T型电阻衰减网络的对称位置连接端；

第二开关管的第一端连接在第二电阻与第四电阻的连接端上；第二开关管的第二端经由第五电阻接地；

第一开关管和第二开关管的第三端均连接控制信号，其连接的控制信号互为反向的控制信号。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明提供一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，该电路包括相位调控网络和对称的电阻衰减网络，其中相位调控网络包括相位调控开关管和相位调控电容，所述相位调控开关管的控制端连接控制信号，其他两个连接端分别接地、连接相位调控电容的第一端；所述相位调控电容第二端连接在电阻衰减网络的对称位置连接端。相比于现有的通过级联的幅相控制***，本发明仅增加相位调控开关管与电容元件，可在衰减单元尺寸保持不变的情况下额外实现相位调控功能，同时，一体化设置，避免了电路插损，提升了电路效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的原理框图；

图2为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的电路图；

图3a、图3b为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的幅度调控原理说明图；

图4为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的幅度特性仿真结果；

图5为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的衰减特性仿真结果；

图6a、6b、6c为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的参考状态(不衰减状态)下的相位调控原理说明图；

图7为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的相位特性仿真结果；

图8为本发明实施例的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的的移相特性仿真结果；

图9为本发明实施例提出的基于桥T型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，为了叙述方便，开关MOSFET被用作代表本发明实施例中的可控型(导通和关断)开关管，但本发明中的开关管不限定于MOSFET。以MOSFET为例进行说明。MOSFET的第三端为控制端，即栅极；第一端为漏极或者源极，第二端为漏极或者源极，即在本发明实施例中，开关管的漏极和源极连接的电路可以彼此互换，不受影响。本发明实施例中的每个开关管的控制端施加一个驱动控制信号。简洁起见，后面不再赘述。本发明实施例中的功率开关管也可以采用MOSFET之外的其它可控型开关管器件实现，比如IGBT。

本申请实施例通过提供一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，解决了现有技术中的移相、衰减电路尺寸大的技术问题，在电阻衰减网络单元基础上仅增加相位调控开关管与电容元件，实现在衰减单元尺寸保持不变的情况下额外实现相位调控功能。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

高低通网络、电阻衰减网络级联虽然能通过参数优化在特定频段实现高精度移相、衰减特性，但存在以下缺陷：1、移相衰减电路结构无法复用，导致电路尺寸大，限制电路集成度的提升；2、幅相控制***中需要移相、衰减电路级联使用导致电路插损增大，降低电路效率。为解决上述问题，本发明实施例提出在传统π型或桥T型电阻衰减网络单元中增加相位调控子电路，在保持衰减电路单元衰减性能及电路尺寸基本不变的情况下额外实现相位调制功能。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例提供一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，如图1所示，该电路包括相位调控网络和对称的电阻衰减网络，其中相位调控网络包括相位调控开关管和相位调控电容，所述相位调控开关管的控制端连接控制信号，其他两个连接端分别接地、连接相位调控电容的第一端；所述相位调控电容第二端连接在电阻衰减网络的对称位置连接端。

相比于现有的通过级联的幅相控制***，本发明实施例仅增加相位调控开关管与电容元件，可在衰减单元尺寸保持不变的情况下额外实现相位调控功能，同时，一体化设置，避免了电路插损，提升了电路效率。

在具体实施过程中，电阻衰减网络包括π型或桥T型电阻衰减网络。如图2所示，公开的是一种基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，在该一体化调控电路中，相位调控网络的相位调控开关管M0的栅极连接控制信号V0，M0的漏极接地，M0的源极连接相位调控电容C0的第一端，C0的第二端连接在π型电阻衰减网络的对称位置连接端。需要说明的是，在具体实施过程中，M0源极和漏极连接的方式可以互换，即漏极接C0，源极接地。

π型电阻衰减网络包括两组对称的电路模块和第一开关管M1；两组对称的电路模块分别包括两个电阻和一个开关管，第二开关管M2的漏极和源极分别连接第一电阻R1和第五电阻R5的第一端，第三开关管M3的漏极和源极分别连接第R3和R4的第一端。其中，第一电阻R1和第三电阻R3的第二端相互连接，该连接端为π型电阻衰减网络的对称位置连接端，第二电阻和第四电阻的第二端接地。其中，第二开关管、第三开关管连接的为同向的控制信号。

第一开关管M1的源极连接输入信号，漏极连接输出信号，栅极连接控制信号。第一开关管M1与第二开关管M2、第三开关管M3连接的是互为反向的控制信号。

R1和R3的电阻相同，R2和R4的电阻相同

图2所示的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的幅度调控原理如图3a、3b所示：

如图3a所示，Vc和互为反向控制信号，当Vc信号为高时，第一开关管M1导通、M2与M3断开，信号经由M1开态低阻状态传输，此时传输状态定义为幅度参考态(不衰减)，即传输参数S21(Vc＝1)。

如图3b所示，当Vc信号为低时，开关管M2与M3导通、M1断开，信号经由R1、R2、R3、R4组成的π型电阻衰减网络传输，此时传输状态定义为衰减态，即传输参数S21’(Vc＝0)。

参考态、衰减态两种传输状态下具有不同的幅度特性，可实现特定的幅度差值，即实现幅度调制。仿真设计中设置参数R1＝20Ω、R2＝220Ω、C0＝120fF、晶体管M1栅长60nm，栅宽10um，晶体管M1、M2栅长60nm，栅宽4um，衰减仿真结果参看图4与图5，从图5可以看出在V0＝0、V0＝1两种传输状态下，衰减值均在4dB附近，没有发生明显变化，说明相位调控网络的状态不影响衰减特性。

图2所示的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路的相位调控原理如图6a、6b、6c所示：

如图6a所示，当V0为高时，开关管M0为关开启状态，此时开关管M0等效为小电阻RM0，相位调控电容C0与开关管M0的开态等效电阻RM0串联后，可近似为C0直接接地，等效接地容值较大，此时传输状态定义为相位参考态(不移相)，即传输参数S21(Vc＝1,V0＝1)。

如图6b所示，当V0为低时，开关管M0为关闭状态，此时开关管M0等效为关态小电容CM0，相位调控电容C0与开关管M0的关态等效电容CM0串联后容值很小，等效接地容值较小，此时传输状态定义为移相态，即传输参数S21(Vc＝1,V0＝0)。

如图6c所示；在两种传输状态下，可实现特定相位差值，即实现相位调制。

基于上述幅度调控原理中的仿真参数设置，仿真结果显示，本发明设计的基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，可以在32～38GHz范围内实现10°相位调控。移相结果参看图7与图8，从图8可以看出在Vc＝0、Vc＝1两种传输状态下，移相值均在10°附近，没有发生明显变化，说明幅度调控单元电路的状态不影响移相特性。

如图9所示。本发明实施例还提出的基于桥T型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，与基于π型电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路原理一致，可实现同等功能。

需要说明的是，第一电阻R11和第三电阻R21的电阻相同，第二电阻R10和第四电阻R20的电阻相同。

在该电路中，相位调控网络包括相位调控开关管和相位调控电容，所述相位调控开关管的控制端连接控制信号，其他两个连接端分别接地、连接相位调控电容的第一端；所述相位调控电容第二端连接在桥T型电阻衰减网络的对称位置连接端。

桥T型电阻衰减网络包括第一开关管M1、第二开关管M2、第一组对称电阻R11和R21、第二组对称电阻R10和R20、和第五电阻R5。

其中，第一开关管M1的栅极和第二开关管M2的栅极连接互为反向的控制信号。

第一开关管M1的第一端经由电阻R10、R20和第一开关管M1的第二端相连。

电阻R11的第一端连接在M1和R10的公共端上，且公共端连接输入信号；电阻R11的第二端连接电阻R21的第一端，电阻R21的第二端连接在M1和R20的公共端上，且该公共端连接输出信号。

电阻R11与电阻R21的连接端为桥T型电阻衰减网络的对称位置连接端。

第二开关管M2的第一端连接在电阻R10与电阻R20的连接端上；第二开关管M2的第二端经由第五电阻R5接地。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、相比于现有的通过级联的幅相控制***，本发明实施例增加了相位调控网络，相位调控网络仅仅包括相位调控开关管与电容元件，相位调控网络连接在电阻衰减网络的对称位置连接端，信号在原电路正向或反向传输时性能保持一致，可在衰减单元尺寸保持不变的情况下额外实现相位调控功能，同时，一体化设置，避免了电路插损，提升了电路效率。

2、相位调控状态下，由于改变相位调控开关管引起的幅度寄生值较小，因此本发明实施例的一体化电路在相位调控过程中保持较低的幅度寄生。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，其特征在于，包括相位调控网络和对称的电阻衰减网络；

其中，所述相位调控网络包括相位调控开关管和相位调控电容，所述相位调控开关管第一端接地，第二端连接相位调控电容的第一端，第三端连接控制信号；

所述相位调控电容第二端连接在电阻衰减网络的对称位置连接端。

2.如权利要求1所述的基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，其特征在于，所述对称的电阻衰减网络包括π型电阻衰减网络或桥T型电阻衰减网络。

3.如权利要求2所述的基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，其特征在于，所述π型电阻衰减网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一开关管、第二开关管和第三开关管；

其中，所述第一电阻和第三电阻的电阻相同，第二电阻和第四电阻的电阻相同；

第二开关管的第一端和第二端分别连接第一电阻和第二电阻的第一端；

第三开关管的第一端和第二端分别连接第第三电阻和第四电阻的第一端；

第一电阻和第三电阻的第二端相互连接，其连接端为π型电阻衰减网络的对称位置连接端；

第二电阻和第四电阻的第二端接地；

第一开关管的第一端连接输入信号，第二端连接输出信号；

第一开关管、第二开关管和第三开关管的第三端均连接控制信号，其中，第二开关管、第三开关管连接的为同向的控制信号，第一开关管与第二开关管、第三开关管连接的是互为反向的控制信号。

4.如权利要求3所述的基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，其特征在于，在幅度调控状态下，通过控制第一开关管、第二开关管和第三开关管实现两种不同的幅度特性；

当第一开关管的控制信号为高时，第一开关管导通，第二开关管与第三开关管断开，输入信号经由第一开关管开态低阻状态传输；

第一开关管的控制信号为低时第二开关管与第三开关管导通，第一开关管断开，信号经由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻组成的π型电阻网络传输。

5.如权利要求3所述的基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，其特征在于，在相位调控状态下，通过控制相位调控开关管实现相位调控；

当相位调控开关管的控制信号为高时，相位调控开关管导通，相位调控开关管等效为电阻；相位调控电容与电阻串联后等效相位调控电容直接接地，为相位参考态；

当相位调控开关管的控制信号为低时，相位调控开关管断开，相位调控开关管等效为关态小电容；相位调控电容与关态小电容串联接地，为移相态。

6.如权利要求2所述的基于电阻衰减网络的幅度相位一体化调控电路，其特征在于，所述桥T型电阻衰减网络包括第一开关管、第二开关管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

其中，第一电阻和第三电阻的电阻相同，第二电阻和第四电阻的电阻相同；

第一开关管的第一端经由第二电阻、第四电阻与第一开关管的第二端相连；

第一电阻的第一端连接在第一开关管和第二电阻的公共端上，且其公共端连接输入信号；第一电阻第二端连接第三电阻的第一端，第三电阻的第二端连接在第一开关管和第四电阻的公共端上，且其公共端连接输出信号；

第一电阻与第三电阻的连接端为桥T型电阻衰减网络的对称位置连接端；

第二开关管的第一端连接在第二电阻与第四电阻的连接端上；第二开关管的第二端经由第五电阻接地；

第一开关管和第二开关管的第三端均连接控制信号，其连接的控制信号互为反向的控制信号。