[实用新型]功分移相器

说明书

技术领域

 本实用新型属于相控阵馈电网络领域，特别涉及馈电与移相功能的一体化设计, 具体地说是一种功分移相器。

背景技术

相控阵设计中包括功分网络、移相器及其控制电路设计。这些器件及电路的集成复杂度、系统损耗和制造成本是设计必须考虑的问题。

有源相控阵中采用的T/R(收/发模块)组件中的放大器效率较低，固态移相器的插损较大，使得有源相控阵在很多领域应用受限。因此，减少移相器数量进而降低系统损耗在相控阵领域应用备受关注。

2003年Abbas Abbaspour-Tamijani和Kamal Sarabandi在美国电气和电子工程师学会天线与传播期刊2003年9月第九期（2193—2202页）发表了论文“一种利用交叠平面子阵构成的低成本毫米波波束扫描天线”（“An Affordable Millimeter-wave Beam-Steerable Antenna Using Interleaved Planar Subarrays,”IEEE Transaction on Antennas Propagation, vol.51,no.9,pp.2193-2202,Sep.2003）。论文中将天线阵列划分为多个天线子阵的组合，每个子阵只用一个移相器控制馈电相位，每个子阵内部单元的相位是相同的，这实际上是一种相位虚位技术。基于这种方式还可以将各个子阵重叠或者交叉，从而减少移相器数量，但这种方法会带来天线阵列增益下降和副瓣升高。

2010年D.Ehyaie和 A.Mortazawi在美国电气和电子工程师学会微波理论与技术国际会议上发表了论文“一种低成本、低复杂度相控阵的设计方法”（“A new approach to design low cost, low complexity phased arrays,”2010 IEEE MTT-S International, pp.1270-1273,2010）。论文提出了一种新的相控阵设计方法，该相控阵网络包括有多个3dB定向耦合器、放大器、功率合成器和两个移相器。通过控制移相器和放大器即可实现步进相位和特定幅度分布的输出。显然，大量使用3dB定向耦合器、放大器、功率合成器，电路结构同样使得电路结构复杂和低功率效率。

无源相控阵中，通常每一路输出都需要独立的一组移相器控制相位，当移相器位数又较多时大量使用移相器导致系统电路结构复杂、体积和插损较大。将功分器和移相器一体化设计从而避免大量使用移相器是一种降低系统复杂性和系统损耗的有效方法，至今还未见有关功分器与移相器一体化设计方法的报道。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的相控阵馈电网络中功分器与移相器单独设计然后集成带来的体积大，损耗大，电路结构复杂等问题，提出一种结构紧凑同时兼有功分与移相功能的功分移相器。

本实用新型的技术方案是：

一种功分移相器，它为一个功分环和两个耦合环构成的混合环结构，所述的功分环的输入端作为功分移相器的输入，功分环的输出连接两个并联的耦合环，耦合环的输出端作为功分移相器的输出，所述的功分环上设有用于控制多个输出状态的多个对应的加载支节，各加载支节上分别设有一开关，通过开关控制对应加载支节实现各状态的功分与等差相位信号输出。

本实用新型的功分移相器是在PCB板上设计的；PCB从上至下依次为第一导体层、介质层和第二导体层，位于中间的介质层的介电常数大于1，第二导体层为地，第一导体层为微带电路即功分移相器。

本实用新型的PCB的第一导体层和第二导体层为导体铜，厚度为0.001~0.01mm，介质层的厚度为0.127mm~1mm。

本实用新型的各状态对应的等差相位相位差的大小取决于与状态对应的加载支节的电长度。

本实用新型的加载支节的个数与功分移相器的状态数相等，功分移相器的状态数为偶数时，多个加载支节对称的安装在功分环的两侧。（因为数字式移相状态数为偶数，所以这里我们设计成偶数个状态。对称安装在功分环的两侧是根据设计思想而来：由于结构对称性，对称安装相同长度的支节实际上可以实现相同的等幅与反向的等差相位输出，那么在对称加载相同长度支节的两个状态的切换即可实现相邻输出端口的相差变化，同时保持幅度不变。）