一种用于天线的平衡式微波移相器

摘要

本发明公开了一种用于天线的平衡式微波移相器，该移相器包括延迟线单元和参考线单元，参考线单元包括置于一对平衡式输入端口和输出端口之间的一对耦合线；延迟线单元包括置于另一对平衡式输入端口和输出端口之间的一对耦合线，且延迟线单元中的耦合线中间位置加载有半波长传输线。本发明首次提出了具有共模抑制的平衡式微波移相器，相比于现有的单端移相器，该移相器用于平衡式系统或天线时，可以与其它平衡式电路直接对接，避免另加多个平衡到不平衡的转换器件‑巴伦；相比于现有的平衡式移相器，本发明不仅实现了差分信号在一定频率范围内的稳定移相，而且具有共模信号抑制的功能，抗干扰能力更强。

权利要求

1.一种平衡式微波移相器，其特征在于，包括延迟线单元和参考线单元，所述参考线单元包括置于一对平衡式输入端口和输出端口之间的一对耦合线；所述延迟线单元包括置于另一对平衡式输入端口和输出端口之间的一对耦合线，且延迟线单元中的耦合线中间位置加载有半波长传输线。

2.根据权利要求1所述的平衡式微波移相器，其特征在于，所述移相器为由两个介质层构成的双层板结构，两个介质层之间具有一金属地层，所述延迟线单元和参考线单元的耦合线设置于顶层的介质层上，所述半波长传输线设置于底层的介质层上；

其中，延迟线单元中的耦合线中间位置加载有一对枝节，所述金属地层上与所述一对枝节对应的位置设置有一对去金属化窗口，所述一对枝节经由穿过所述一对去金属化窗口的一对传输件连接至半波长传输线的两端。

3.根据权利要求1所述的平衡式微波移相器，其特征在于，所述移相器为由一个介质层构成的单层板结构，所述介质层的底层具有一金属地层，所述延迟线单元、参考线单元、半波长传输线均设置于所述介质层上；

其中，延迟线单元中的耦合线分为两段且两段之间通过向外突出的非耦合线连接，所述半波长传输线设置于两根非耦合线之间的区域内。

4.根据权利要求1所述的平衡式微波移相器，其特征在于，所述耦合线、所述半波长传输线采用以下任意一种：微带线、共面波导、带状线。

5.根据权利要求2所述的平衡式微波移相器，其特征在于，所述一对传输件为一对导电圆柱体。

说明书

一种用于天线的平衡式微波移相器

技术领域

[0001] 本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种用于天线的平衡式微波移相器。

背景技术

[0002] 移相器是控制信号相对相位的一种元件。在微波电路中，移相器可以通过控制微波相位来控制微波波束的发射方向，在相控阵雷达、导弹姿势控制、通信、仪器测量甚至音乐领域都有着广泛的应用。

[0003] 从端口结构上看，移相器有单端和平衡式两种形式。目前对移相器的研究主要集中在单端结构上，对平衡式移相器的研究非常少。平衡式移相器是一种新型移相器，在电路形式上可以与其它平衡式电路直接对接，避免另加多个平衡到不平衡的转换器件-巴伦，在高抗扰性的微波系统中有利于微波电路的小型化、高性能、低成本的发展趋势；在性能上平衡式移相器能实现差模信号的移相功能，并抑制共模信号，因此能提高系统的抗干扰能力、谐波抑制和可靠性。目前已有的平衡式微波移相器是利用加载传输线结构实现的，现有的平衡式微波移相器缺乏共模抑制能力，对环境噪声免疫能力差。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有的平衡式微波移相器缺乏共模抑制能力、对环境噪声免疫能力差的缺陷，提供一种用于天线的平衡式微波移相器。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造

[0006] 一种平衡式微波移相器，包括延迟线单元和参考线单元，所述参考线单元包括置于一对平衡式输入端口和输出端口之间的一对耦合线；所述延迟线单元包括置于另一对平衡式输入端口和输出端口之间的一对耦合线，且延迟线单元中的耦合线中间位置加载有半波长传输线。

[0007] 可选的，所述移相器为由两个介质层构成的双层板结构，两个介质层之间具有一金属地层，所述延迟线单元和参考线单元设置于顶层的介质层上，所述半波长传输线设置于底层的介质层上；

[0008] 其中，延迟线单元中的耦合线中间位置加载有一对枝节，所述金属地层上与所述一对枝节对应的位置设置有一对去金属化窗口，所述一对枝节经由穿过所述一对去金属化窗口的一对传输件连接至半波长传输线的两端。

[0009] 可选的，所述移相器为由一个介质层构成的单层板结构，所述介质层的底层具有一金属地层，所述延迟线单元、参考线单元、半波长传输线均设置于所述介质层上；

[0010] 其中，延迟线单元中的耦合线分为两段且两段之间通过向外突出的非耦合线连接，所述半波长传输线设置于两根非耦合线之间的区域内。

[0011] 可选的，所述耦合线、所述半波长传输线采用以下任意一种：微带线、共面波导、带状线。

[0012] 可选的，所述一对传输件为一对导电圆柱体。

[0013] 实施本发明的用于天线的平衡式微波移相器，具有以下有益效果：本发明首次提出了具有共模抑制的平衡式微波移相器，相比于现有的单端移相器，该移相器用于平衡式系统或天线时，可以与其它平衡式电路直接对接，避免另加多个平衡到不平衡的转换器件-巴伦；相比于现有的平衡式移相器，由于本发明在延迟线单元中的耦合线中间位置加载半波长传输线结构，因此本发明不仅实现了差分信号的移相，而且具有共模信号抑制的功能，抗干扰能力更强。

附图说明

[0014] 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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

[0015] 图1是本发明较佳实施例中延迟线单元的电路结构示意图；

[0016] 图2是本发明较佳实施例中参考线单元的电路结构示意图；

[0017] 图3是本发明较佳实施例中的等效电路原理图

[0018] 图4是本发明较佳实施例中平衡式微波移相器的差模匹配示意图；

[0019] 图5是本发明较佳实施例中平衡式微波移相器的差模移相响应示意图；

[0020] 图6是本发明较佳实施例中平衡式微波移相器的共模响应仿真波形。

具体实施方式

[0021] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

[0022] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

[0023] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

[0024] 本发明总的思路是，在延迟线单元中的耦合线中间位置加载有半波长传输线，实现了差分信号在一定频率范围内的稳定移相，而且具有共模信号抑制的功能，抗干扰能力更强。

[0025] 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，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

[0026] 参考图1-2，较佳实施例中，平衡式微波移相器为由两个介质层10、30构成的双层板结构，两个介质层10、30之间具有一金属地层20，顶层的介质层10上设置延迟线单元和参考线单元，底层的介质层30上设置半波长传输线31。

[0027] 本实施例中半波长传输线31的走线大致呈矩形，且位于介质层30上表面的右侧。可以理解的是，半波长传输线31的走线并不限于此，还可以设置在介质层30上表面的左侧，或者左右两侧均分布，还可以是其他非规则形状，只要保证半波长传输线31的电长度为
180°即可。

[0028] 如图1中，移相器具有4个端口，其中端口1-1’组成平衡式延迟线的输入端口，端口2-2’组成了平衡式延迟线的输出端口，端口3-3’组成了平衡式参考线的输入端口，端口4-
4’组成了平衡式参考线的输出端口。

[0029] 其中，延迟线单元包括一对电长度为180°的耦合线12、12’，所述参考线线单元包括一对电长度可调的耦合线34、34’，其电长度由移相器的移相值决定。参考图1，耦合线12连接输入端子1和输出端子2，耦合线12’连接输入端子1’和输出端子2’，参考图2，耦合线34连接输入端子3和输出端子4，耦合线3’4’连接输入端子3’和输出端子4’。

[0030] 耦合线12、12’的中间位置加载所述半波长传输线31。具体的，延迟线单元中的耦合线12、12’的中间位置加载有一对枝节120、120’，所述金属地层20上与所述一对枝节120、120’对应的位置设置有一对去金属化窗口21，所述一对枝节120、120’经由穿过所述一对去金属化窗口21的一对传输件123、123’连接至半波长传输线31的两端。

[0031] 其中，去金属化窗口21的形状并不做限制。由于本实施例中金属地层20是通过涂覆金属实现，所谓去金属化可以在窗口处不涂覆金属即可。

[0032] 其中，所述一对传输件123、123’为一对导电圆柱体。

[0033] 其中，所述耦合线、所述半波长传输线可以采用微带线、共面波导、带状线等传输线形式实现。

[0034] 参考图3，结合图1-2，延迟线单元中耦合线12、12’的奇偶模阻抗和电长度分别为Zco、Zce和θc，加载半波长传输线31的特性阻抗为Zs，电长度为θs，参考线单元中耦合线34、34’的奇偶模阻抗和电长度分别为Zro、Zre和θr。该移相器的工作原理如下：

[0035] 图1中端口1-1’和2-2’的移相为 端口3-3’和4-4’的移相为 则该移相器的移相值

[0036] 因为在耦合线12、12’中间加载半波长传输线31，所以在奇模等效电路中是加载四分之一波长的短路枝节，在A点等效为一个开路点，信号可以从端子1传到端子2。而在偶模等效电路中是加载四分之一波长的开路枝节，在A点等效为一个短路点，信号经过A时被短路，无法从端子1传输到端子2。所以这种移相器具有传输差模信号和抑制共模信号的优点。

[0037] 本发明中延迟线单元中的耦合线奇偶模阻抗和加载半波长传输线的阻抗设置应确保移相器在一定频率范围内有稳定的移相，同时又能传输差模信号和抑制共模信号。

[0038] 在另一个实施例中，还可以将移相器设计为由一个介质层构成的单层板结构，在介质层的底层具有一金属地层，延迟线单元、参考线单元、半波长传输线均设置于所述介质层上。其中，延迟线单元中的耦合线分为两段且两段之间通过向外突出的非耦合线连接，所述半波长传输线通过适当弯折设置于两根非耦合线之间的区域内。

[0039] 本发明的设计步骤分为三步。

[0040] 第一步，基于下面的公式(1)和(2)，通过预设差模传输极点位置、移相值和移相带宽来计算延迟线单元中耦合线的奇模阻抗Zco和半波长传输线阻抗Zs：

[0041]

[0042]

[0043] 其中，Z0是端口阻抗，fn(n＝1,2)是差模传输极点的频率位置。

[0044] 由公式(1)可知电路在中心频率处存在一个传输极点，由公式(1)和(2)可知电路在中心频率两侧还各有一个传输极点，即电路存在3个传输极点。中心频率两侧的传输极点，与Zco和Zs有关。通过设定差模传输极点位置、移相值和移相带宽可以计算出Zco和Zs。

[0045] 第二步：确定差模匹配和移相带宽。

[0046] 根据第一步中计算的Zco和Zs值，仿真得到差模匹配和移相带宽，并通过参数扫描优化Zco和Zs以获得所需要的差模匹配和移相带宽。

[0047] 第三步，通过确定Zco和Zs来得到所需要的共模抑制带宽。

[0048] 根据第一步计算的Zs和通过参数扫描确定的Zco可以获得所需要的共模抑制带宽。

[0049] 参考图4-6，根据以上分析，给出该移相器的3个仿真案例，分别实现了30°±2.1°、60°±4.2°和90°±6.3°的差模移相，其中心频率为f0＝1GHz，差模匹配小于-15dB、共模抑制大于10dB，工作带宽都为62％，且工作带宽内插入损耗小于0.8dB。

[0050] 综上所述，实施本发明的用于天线的平衡式微波移相器，具有以下有益效果：本发明首次提出了具有共模抑制的平衡式微波移相器，相比于现有的单端移相器，该移相器用于平衡式系统或天线时，可以与其它平衡式电路直接对接，避免另加多个平衡到不平衡的转换器件-巴伦；相比于现有的平衡式移相器，由于本发明在延迟线单元中的耦合线中间位置加载半波长传输线结构，因此本发明不仅实现了差分信号在一定频率范围内的稳定移相，而且具有共模信号抑制的功能，抗干扰能力更强。

[0051] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。