[发明专利]一种高增益低噪声射频移相器

说明书

本发明公开了一种高增益低噪声射频移相器，包括同相分配电路、两路低相移线性可变增益放大器、两路幅度微调电路、两路级间匹配网络和宽带正交合成网络；同相分配电路的输入为高增益低噪声射频移相器的输入信号，其输出与两路低相移线性可变增益放大器的输入端连接，两路幅度微调电路连接两路低相移线性可变增益放大器的输出端，两路级间匹配网络的输入端连接两路幅度微调电路的输出端，宽带正交合成网络的输入端连接两路级间匹配网络的输出端，宽带正交合成网络的输出为高增益低噪声射频移相器的输出。本发明通过在两路低相移线性可变增益放大器中设置共源极差分晶体管对和尾电流开关管，提高了幅度控制精度，实现高增益、低噪声。

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，尤其涉及一种高增益低噪声射频移相器。

背景技术

移相器是相控阵系统中最关键的功能模块之一，它通过控制天线阵列中每个独立天线单元接收或发射信号的相位来实现波束扫描。为了面向毫米波通信和高性能雷达应用，要求移相器具有更多的移相位数，更高的移相精度和更低的幅度偏差。有源移相器的关键结构包括正交信号发生器和幅度控制器，采用正交矢量合成方法实现移相，因此其性能受限于正交信号的精度和幅度控制的精度。在现有的CMOS工艺下，为实现信号的正交，主要结构有延迟线、L-C谐振全通网络、耦合器和多相滤波器。其中，延迟线会引入两路信号的幅度不平衡；多级级联的多相滤波器可以产生高精度的正交信号，但是会引入很大的损耗；L-C谐振全通网络和传统耦合器难以在较宽的频带实现高精度的正交信号。另一方面，为实现幅度控制，常见结构主要有偏置电流控制的放大器和电流开关阵列。其中，传统偏置电流控制的放大器通过改变偏置电流大小调整晶体管的增益，然而，晶体管的寄生参数同时发生变化，导致附加相移和端口失配等问题，从而恶化合成矢量的精度，难以提高移相位数；电流开关阵列通过按比例切换输出电流的大小来调整增益，然而，晶体管的开关特性不理想，尤其在毫米波频段，断开的晶体管存在明显的漏电流，也会导致幅度偏差、附加相移和端口失配等问题，限制了可实现的移相位数和精度。

在微波/毫米波前端链路中，常见移相器结构还存在增益低和噪声大的问题。无源移相器天然具有衰减；有源移相器中，电流开关结构中关断的晶体管会造成大损耗并引入噪声。同时，对采用正交合成原理的移相器来说，正交产生电路前置的结构噪声性能更差。这些问题导致链路中需要额外的放大器进行补偿，浪费了功耗和面积。

综上所述，现有集成电路工艺下的移相器结构，幅度偏差和相移大，噪声高，难以满足毫米波5G通信和高性能雷达应用对移相位数、精度和芯片集成度的更高要求。

发明内容

技术目的：针对现有技术中移相器幅度偏差和相移大、噪声高的缺陷，本发明公开了一种高增益低噪声射频移相器，通过在两路低相移线性可变增益放大器中设置共源极差分晶体管对和尾电流开关管，消除了晶体管开关状态不理想的影响，提高了幅度控制精度，同时保持了共源极放大器高增益低噪声的优点。

技术方案： 为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种高增益低噪声射频移相器，包括主要由传输线构成的同相分配电路、主要由放大器阵列单元构成的两路低相移线性可变增益放大器、主要由开关晶体管阵列单元构成的两路幅度微调电路、主要由变压器构成的两路级间匹配网络和主要由耦合器构成的宽带正交合成网络；

所述同相分配电路的输入为所述高增益低噪声射频移相器的输入信号，同相分配电路用于将高增益低噪声射频移相器的输入信号分为两路同相信号，同相分配电路的输出信号为第一差分信号和第二差分信号；所述两路同相信号在分配过程中损耗相等；