[发明专利]硅基时间调制相控阵馈电网络单元及时间调制相控阵系统

说明书

本发明公开了一种硅基时间调制相控阵馈电网络单元，其特征在于，包括功分模块、时间调制模块、正交合成模块、放大器模块，信号发射过程中，发射信号经功分模块进入时间调制模块，或者直接进入时间调制模块，在时间调制模块中完成信号移相后，由正交合成模块对移相后的信号进行同相/正交变换和功率合成，再由放大器模块进行信号放大输出；信号接收过程中，射频信号经放大器模块放大后，由正交合成模块进行功分和同相/正交变换，再进入时间调制模块进行信号移相，移相后的信号经功分模块合成输出，或者直接输出。本发明结构简单，提高了系统的移相精度，降低了系统的损耗。

技术领域

本发明涉及微波单片集成电路及微电子技术，特别涉及一种硅基时间调制相控阵馈电网络单元及时间调制相控阵系统。

背景技术

随着无线通信系统的快速发展，相控阵系统被广泛应用在各个领域，其中突出体现在在航空航天、精确制导、近程探测等领域。传统相控阵系统的辐射特性是通过控制馈电网络中的幅度和相位来实现的，其中相位的控制精度有赖于高精度的移相器设计。随着通信速率的不断提升，相控阵系统的设计已经进入毫米波频段，而在微波/毫米波频段，移相器的设计复杂，且移相精度不高。因此时间调制相控阵系统具有非常广泛应用前景。

时间调制相控阵系统是将时间维度引入传统的相控阵天线系统的设计，通过外加控制信号令开关周期性的通断，可以实现高精度的移相；另外通过设计时间脉冲调制函数的波形以及引入正交调制可以实现抑制边带信号产生的混叠，但是结构的实现往往有赖于在通路里引入多个射频开关。中国专利申请CN109037972提出了一种基于二重时间调制天线复权重馈电网络，其在单个信号通路上需要引入两个单刀双掷开关；中国专利申请CN113675623A提出的一种时间调制相控阵馈电网络芯片，在单个通路上需要引入一个单刀三掷开关与两个单刀双掷开关。而在微波/毫米波频段，典型的单刀双掷开关的插入损耗为2-3dB，因此会增加系统的损耗，大大降低系统的增益与效率。除此之外，在时间脉冲调制函数的波形设计，以及正交调制需要功分/功合器设计中，现有方案都基本基于威尔金森功分器的设计，然而在硅基集成电路的设计中，威尔金森功分器的面积庞大，因此并不适合应用在集成化设计中。

发明内容

本发明的目的在于提出一种硅基时间调制相控阵馈电网络单元及时间调制相控阵系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种硅基时间调制相控阵馈电网络单元，包括功分模块、时间调制模块、正交合成模块、放大器模块，信号发射过程中，发射信号经功分模块进入时间调制模块，或者直接进入时间调制模块，在时间调制模块中完成信号移相后，由正交合成模块对移相后的信号进行同相/正交变换和功率合成，再由放大器模块进行信号放大输出；信号接收过程中，射频信号经放大器模块放大后，由正交合成模块进行功分和同相/正交变换，再进入时间调制模块进行信号移相，移相后的信号经功分模块合成输出，或者直接输出；

所述时间调制模块由多组开关和0/π移相器组成，通过改变开关状态控制功分模块的接入情况，与功分模块直接连接的0/π移相器后的开关导通、未与混合式功率分配器连接的0/π移相器后的开关关断时，功分模块接入链路，信号通过功分模块及与其直接连接的0/π移相器进入链路或者从链路输出；与功分模块直接连接的0/π移相器后开关关断、未与混合式功率分配器连接的0/π移相器后开关导通时，功分模块不接入链路，信号通过不与功分模块连接的0/π移相器进入链路或者从链路输出。

进一步的，所述功分模块由基于变压器的混合式功率分配器构成，变压器初级线圈中心抽头与次级线圈中心抽头相连，且通过电容接地；次级线圈的两端口连接时间调制模块的同相通道和正交通道，在两端口之间还串联电阻，用于起到隔离端口的作用。

进一步的，所述时间调制模块由第一至第八开关以及四组相位差为180°的0/π移相器构成，其中：