[发明专利]基于平面型左手微带传输线的微波移相器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波移相器，确切地说是基于平面型左手微带传输线的微波移相器。

背景技术

微波移相器在多种领域有应用，如雷达系统，卫星通信系统和相控阵天线阵列等。移相器的种类有很多，按照使用材料来分总的来讲有五大类：铁氧体移相器、铁电介质移相器、半导体二极管移相器、砷化镓MMIC移相器和MEMS移相器。

1991年Artech house出版了《Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters》，书中第一卷Dielectric and Ferrite Phase Shifters详细介绍了铁氧体移相器的主要种类、设计、制作以及应用。铁氧体移相器主要利用外加磁场改变波导内铁氧体的磁导率，从而改变电磁波的相速得到不同的相移量。其优点是：宽带、功率容量大；缺点是：体积大，损耗大，切换速度慢。

2000年Kozyre等人在IEEE微波理论与技术国际会议上发表了“应用铁电介质材料设计移相器”的论文(“Application of Ferroelectrics in Phase Shifters Design”，A.Kozyrev，V.Osadchy，A.Pavlov，L.Sengupta，2000 IEEE MTT-S Digest.P1355-1358)。铁电介质移相器主要利用改变加在铁电介质上的直流偏压的大小，改变介质的介电常数，从而使微波信号的相速发生改变，实现移相。其优点是：结构简单、体积小、重量轻、损耗小、响应速度快；缺点是：功率容量小。

1976年清华大学微带电路编写组撰写了《微带电路》一书，书中第八章一微带固体控制电路详细地介绍了开关线式移相器、加载线式移相器、反射式移相器等几种基于半导体PIN二极管的移相器的基本原理和设计方法。不管采用那种结构，基于PIN二极管的移相器的原理都是利用PIN二极管在正偏和反偏时的两种不同开关状态，使一段传输线接通或断开来实现移相。其优点是：体积小，易于采用数字信号控制，响应速度快；缺点是：功耗大、功率容量比较小。

2001年5月Ellinger等人在IEEE Transaction on MTT上发表了“采用集总元件耦合器的C波段紧凑型反射式MMIC移相器”的论文(“Compact Reflective-TypePhase-Shifter MMIC for C-Band Using a Lumped-Element Coupler”Frank Ellinger，Rolf Vogt，Werner Bechtold，IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques，VOL.49，NO.5，MAY 2001)。基于砷化镓MMIC技术的移相器主要采用反射式结构，其原理是通过选择不同的反射终端获得不同相位的反射系数，从而实现相移。其优点是：体积小、响应速度快；缺点是：插入损耗大、功率容量小。

2002年6月Rebeiz等人在IEEE Microwave上发表了“射频MEMS移相器：设计和应用”的论文(“RF MEMS phase shifters：design and applications”Rebeiz G.M，Guan-LengTan，Hayden J.S，Microwave Magazine，IEEE Volume 3，Issue 2，June 2002 Page(s)：72-81)。MEMS移相器利用MEMS射频开关来改变并联在传输线中心导带和地之间的负载电容的大小，从而改变整个结构的等效线电容，进而改变微波信号通过的相速，实现移相。其优点是：损耗小，功率容量大；缺点是：切换速度较慢、可靠性低、使用寿命短。

上述文献表明，铁氧体移相器、MEMS移相器虽然功率容量较大，但是切换速度慢；铁电材料移相器、半导体二极管移相器、砷化镓MMIC移相器虽然体积小、切换速度较快，但是普遍功率容量较小。

关于左手传输线理论：

2006年，约翰·维理父子出版社(John wiley&son Press)出版了由美国加州大学洛杉机分校(University of California at Los Angeles)的大竹伊藤(TATSUO Itoh)和加拿大蒙特利尔工学院(Ecole Polytechnique de Montreal)的克里斯多夫·卡罗兹(CHRISTOPHE Caloz)撰写的关于《电磁超材料异向介质》(ElectromagneticMetamaterials)的书。作为右手传输线的对偶，左手传输线理论及应用被第一次有了系统的理论介绍。