[发明专利]一种有源双向谐振腔移相器

说明书

本发明公开了一种有源双向谐振腔移相器，包括端口P1‑P4、晶体管M1‑M4、电流源晶体管M5和M6、中心抽头电感L1和L2、耦合传输线DTL1‑DTL4，其中晶体管M1‑M4的栅极分别连接端口P1‑P4，中心抽头电感L1和L2相互缠绕，形成耦合线圈TF1，耦合传输线DTL1、DTL2和耦合线圈TF1形成发射耦合谐振腔，耦合传输线DTL3、DTL4和耦合线圈TF1形成接收耦合谐振腔，通过数字信号能够控制耦合传输线DTL1‑DTL4的对地电容，从而改变耦合谐振腔的谐振特性，实现数控移相。本发明最大限度地复用了电路单元，使接收通道和发射通道共用一套硬件资源，极大缩小了版图面积，从而降低芯片成本。

技术领域

本发明涉及微波射频集成电路技术领域，尤其涉及一种有源双向谐振腔移相器。

背景技术

毫米波技术正越来越广泛的应用于军事和商用系统中，由于毫米波在大气中的传播损耗大，为了达到需要的传播距离，提升数据率和频谱效率，现有的毫米波系统几乎都采用了相控阵或MIMO技术。随着通道数量的增加，每通道在芯片中所消耗芯片的面积变得至关重要。

传统的无源移相器由于使用的无源器件较多，所占面积较大，限制了单芯片的集成度，逐渐被集成度更高的有源移相器所取代。有源移相器通常采用矢量调制、谐振腔移相或两种方法相结合等方式实现。然而不管采用何种方式，其电路中的有源部分均是单向传输的，需要通过选通开关决定信号流向，接收通道和发射通道不能共享电路单元。在接收时，发射通道处于断开状态；在发射时，接收通道处于断开状态，使得没有工作的电路消耗了额外的芯片面积，增加了制造成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种有源双向谐振腔移相器，使得电路不管重构成接收状态还是发射状态，都调用同一套电路单元，电路单元中所有元器件均可被复用。

本发明采用的技术方案如下：

一种有源双向谐振腔移相器，包括端口P1-P4、晶体管M1-M4、电流源晶体管M5和M6、中心抽头电感L1和L2、耦合传输线DTL1-DTL4，其中：

晶体管M1-M4的栅极分别连接端口P1-P4，晶体管M1、M2的漏极分别连接端口P3、P4，源极相连并接到电流源晶体管M5的漏极；晶体管M3、M4的漏极分别连接端口P2、P1，源极相连并接到电流源晶体管M6的漏极；电流源晶体管M5的栅极连接发射偏置电压VB_TX，源极接地；电流源晶体管M6的栅极连接接收偏置电压VB_RX，源极接地；

中心抽头电感L1跨接在端口P1和P2之间，其中心抽头连接电源电压，为晶体管M1和M2的栅极提供直流偏置；中心抽头电感L2跨接在端口P3和P4之间，其中心抽头连接电源电压，为晶体管M3和M4的栅极提供直流偏置；中心抽头电感L1和L2相互缠绕，形成耦合线圈TF1；

耦合传输线DTL1-DTL4作为可变电容，一端分别依次连接晶体管M1-M4的漏极，另一端悬空；耦合传输线DTL1、DTL2和耦合线圈TF1形成发射耦合谐振腔，耦合传输线DTL3、DTL4和耦合线圈TF1形成接收耦合谐振腔，通过数字信号能够控制耦合传输线DTL1-DTL4的对地电容，从而改变耦合谐振腔的谐振特性，实现数控移相。

进一步地，耦合传输线DTL1-DTL4由顶层金属传输线及其下方与其垂直且可控通断的底层金属条组成，通过数字信号控制耦合传输线DTL1-DTL4中底层金属条的通断能够改变顶层金属线传输线的对地电容。

进一步地，耦合传输线DTL1-DTL4为基于数控人工电介质的耦合传输线。

进一步地，所述有源双向谐振腔移相器处于发射模式时，发射偏置电压VB_TX设置为一固定非零值，使电流源晶体管M5处于饱和状态，VB_RX为零，从而使电流源晶体管M6截止。