130 GHz CMOS有源矢量合成移相器

面向毫米波相控阵雷达系统应用,该文基于55?nm?CMOS工艺设计了一款工作于130?GHz的有源矢量(VM)合成移相器.该电路包含宽带正交发生器、可变增益放大和矢量合成模块.为提升移相器相位分辨率和移相精度,该电路可变增益放大采用了具有高频宽带属性的共栅放大结构和具有高增益属性的含中和电容的共源共栅放大结构多级级联的形式.为避免移相器在矢量合成时由自身结构特点产生相位断裂而导致移相范围下降,该设计电路在矢量合成模块中融入了数控人工介质(DiCAD)结构.通过全波电磁仿真对所设计毫米波移相器进行验证,在125～135?GHz频率范围内,所设计移相器平均增益大于1?dB,移相器可由控制电压控制实现全360°范围内5.625°的相位步进,RMS相位误差小于4°,电路面积为1100?mm×600?mm,功耗33?mW.     

130 GHz CMOS有源矢量合成移相器

面向毫米波相控阵雷达系统应用,该文基于55 nm CMOS工艺设计了一款工作于130 GHz的有源矢量(VM)合成移相器。该电路包含宽带正交发生器、可变增益放大和矢量合成模块。为提升移相器相位分辨率和移相精度,该电路可变增益放大采用了具有高频宽带属性的共栅放大结构和具有高增益属性的含中和电容的共源共栅放大结构多级级联的形式。为避免移相器在矢量合成时由自身结构特点产生相位断裂而导致移相范围下降,该设计电路在矢量合成模块中融入了数控人工介质(DiCAD)结构。通过全波电磁仿真对所设计毫米波移相器进行验证,在125～135 GHz频率范围内,所设计移相器平均增益大于1 dB,移相器可由控制电压控制实现全360°范围内5.625°的相位步进,RMS相位误差小于4°,电路面积为1100 μm×600 μm,功耗33 mW。     

功能可配置的数字变频芯片的研制与测试

为满足数字相控阵雷达对收发通道关键元器件国产化的需求,基于国内工艺线研制了一款数字变频芯片。该芯片包含双通道的数字下变频(DDC)与数字上变频(DUC)电路,通过LVDS 接口与SPI接口实现与上位机的数据交换。该芯片的抽取率/ 插值率、数字本振频率、相位偏置、通道幅度补偿系数、滤波器系数等参数均可配置,能够适应不同工作场景。通过修改数字变频器中数控振荡器(NCO)的相位偏置,可以实现对收发信号的移相操作,使与本芯片配对使用的TR组件可以取消移相器。通过门控时钟等低功耗设计大大降低了该芯片的平均功耗,减轻了供电与散热压力。经过芯片测试,该芯片的DDC与DUC的通带纹波<0. 05 dB,阻带衰减>70 dBc,平均功耗<1. 2 W,其功能与性能满足系统应用,为相控阵雷达收发通道的小型化与国产化提供了新的解决方案。     

X波段4bit MMIC数字移相器的设计与实现

基于WIN 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并制备了一款X波段4 bit单片微波集成电路(MMIC)数字移相器.22.5°和45°移相单元采用开关滤波型拓扑结构,90°和180°移相单元采用高低通滤波型拓扑结构.对拓扑结构工作原理进行分析,并采用ADS2014软件完成电路的电磁仿真及优化.测试结果表明,该4 bit MMIC数字移相器获得了优良的宽带性能,且与仿真结果吻合良好.在8～ 13 GHz频带内,移相器的均方根(RMS)相位精度误差小于6.5°,插入损耗优于-6.8 dB,RMS插入损耗波动低于0.5 dB,输入回波损耗优于-13 dB,输出回波损耗优于-9.5 dB.该4 bit MMIC数字移相器在相对带宽为47％的X频段内性能优良,适用于有源相控阵雷达等通信系统中.     

移相器量化误差对相控阵天线相位中心的影响分析

为精确预测相控阵天线相位中心的特性,研究了数字移相器相位量化误差对相控阵天线相位中心的影响.对计算相控阵天线相位中心的方法进行了论述,得出了根据远场相位分布精确计算天线阵相位中心的方法;采用该方法对一算例阵列进行计算仿真,算例阵列采用5位数字移相器,计算得出不同扫描角下天线相位中心的变化.计算结果表明:数字移相器量化误差对相控阵天线相位中心可造成显著影响,该影响与移相器位数和扫描角均有关.研究结论可用于指导高精度相控阵天线的设计.     

调制式数字移相器

在短波相控阵的研制中，宽带、相移精确的移相器的研制是其中的一个难点。用传统的延迟线原理实现有上述要求的短波移相器简直是不可想象，以6MHz为例：半波长达到25m，用LC电路实现，又难以达到宽带要求。因此研制一种宽带的移相精确的短波移相器是短波相控阵的的难点和要点之一。本文介绍了用相位调制的芳法对短波信号进行移相，试验结果证实可以实现很宽相移带宽。     

基于防撞雷达的分集相控阵设计方法

常规相控阵雷达通过移相发射空间合成的相参信号形成能量聚集的天线方向图,由于收发天线复用因此所合成的天线孔径要低于收发分置的MIMO雷达。该文首先通过理论推导MIMO雷达在探测性能上和相控阵雷达的一致性及区别,指出MIMO雷达的实质优势在于发射波束的数字赋形。然后设计一种基于防撞雷达的分集相控阵,发射端采用相控体制,接收端采用DBF数字波束形成,通过分析移相器位数对该雷达性能的约束,证明在指定波束指向上该雷达在避免产生正交信号的前提下能达到和MIMO雷达相同的虚拟孔径性能。最后通过计算机仿真,验证该方法的有效性和可行性。采用该雷达体制在保证合成波束宽度的前提下,能有效降低接收通道数,从而有效降低雷达成本并提高通道一致性。     

用于相控阵雷达移相单元的激励器的研制

介绍了一种用于相控阵雷达移相单元相位控制的磁通反馈式铁氧体移相器激励器.它对铁氧体磁芯中建立的磁通进行监视.并利用反馈技术获得精密的相位控制。它可以自动补偿激励器、移相器中任何部分的变化。把元件的老化、电源的波动及其他参数变化的影响减至最小。     

空间馈电相控阵天线数字移相器相位控制位数的选择

数字移相器是相控阵雷达的关键器件。它的相位控制位数在很大程度上决定了相控阵雷达的造价、性能和设备的复杂性。因此,在制定相控阵雷达方案时,合理地选择二进制数字移相器的相位控制位数是个关键性的问题。二进制数字移相器结构简单,相移量稳定,而且它的激励器容易制造,并便于受二进制的数字式波束控制电子计算机的控制。由于采用了数字移相器,它只能产生某个最小相位360°/2~n的整倍数的相移量(n为数字移相器的相位控制位数,简称位数)。不是任何相移值都能在数字移相器上准确地移出。因此,为了实现波束相位扫描、赋形和相位加权,对于相控阵天线中各个单元移相器所需移出的相位值必须进行“量化”才能在数字移相器上实现,这就会出现相位量化误差。相位误差周期性地重复出现,会     

一种铁氧体移相驱动器的研制

介绍了一种铁氧体移相驱动器，对其工作原理、线路设计、版图设计及可靠性设计进行了简要描述。该铁氧体移相驱动器具有功能齐全、速度快、功耗低、输出电流大、输出高电平一致性好等特点。其内部电路设计有：双路功率驱动器（用以驱动整个铁氧体移相器）、双路比较器、锁存器和置位脉冲展宽器（检测铁氧体移相器的工作状况），以及过频保护电路。该电路可广泛应用于数字通讯和相控阵雷达天线系统。     

基于线性移相误差的[WT《A》]N步移相算法

移相误差是影响移相干涉术测量精度的主要来源,针对移相器的线性移相误差,文中提出一种新型的移相干涉术算法-N步移相算法。该算法通过最小二乘法估计出移相器做等步移相时的实际移相相位,利用上述估计值代入相位计算公式获得被测物体的相位分布。同时对该算法进行仿真研究,其结果表明,算法能准确地估计移相相位,获得被测物体的精确相位分布,并可实现λ/100的高精度测量,且在测量精度上明显优于其他算法。     

一种新型混合结构X频段宽带功分器

分析了不对称槽线混合结构T型接头的传输特性,设计了一种由不对称槽线混合桥结构组成的X频段宽带功分器,应用于8~10.3 GHz频段。该功分器主要包括微带-槽线过渡结构和不对称槽线混合桥结构,在实现电磁能量耦合传输的同时还具有良好的功率分配性能。电路没有引入专门的相移电路就可实现可调的相移。电路仿真结果表明,在工作频段内,回波损耗优于-15 dB,插入损耗优于-5 dB,隔离度优于-5.8 dB。测试结果与仿真结果基本吻合,证明了设计的有效性。     

移相器类进动现象对干涉测量的影响

压电晶体(PZT)光学移相器作为移相干涉仪(PSI)的关键部件，其移相误差直接影响被测波面的相位复原精度。分析了压电晶体移相器在移相过程中导致干涉图旋转的原因——类进动，其本质是移相器在伸长的同时其参考镜端面法线方向绕着伸长方向产生旋转。利用典型的Hariharan五步移相算法。得出了类进动现象所导致的波面相位复原误差计算公式，给出了在测试孔径上的误差分布图。对影响误差大小的主要因素如干涉条纹的宽度、旋转的角度和测试口径等进行了具体分析，由此推导出在移相干涉仪光学调整过程中控制干涉图旋转误差的准则。     

一种应用于超高频RFID的自干扰抵消电路

提出了一种应用于超高频RFID的集成自干扰抵消电路,它主要由一个6位有源移相器、一个3位可控增益功率放大器和缓冲器组成。有源移相器采用可降位的编码方式,简化了数字逻辑。可控增益功率放大器通过采用电容补偿技术和偏置点的优化选取来提高线性度。该自干扰抵消电路在130 nm CMOS工艺下实现,采用1.5 V和3.3 V双电源供电。后仿真结果显示,针对8 dBm的自干扰信号,该电路在840~940 MHz带宽内的自干扰抑制比大于28 dB。     

一种铁氧体移相器控制系统的设计

首先,阐述了一种铁氧体移相器控制系统,包含波控与移相器驱动电路两部分;然后,由项目设计角度出发,详细介绍了基于FPGA的波控电路设计方法,以及移相器位数与单位脉宽的关系;最后,阐明了移相器工作原理和移相器驱动电路的构成.     

11.25°毫米波数字移相器的设计

设计了一种Ka波段11.25°数字移相器。采用一前一后加载支线的方式,在Ka波段内研制出11.25°数字移相器。该移相器在30～31GHz工作频带内,驻波比小于1.65,插入损耗小于3dB,固定相移11.25°,相位精度达到±3°。     

X波段GaN基小相位移相器设计

基于0.25 μm GaN HEMT工艺,设计并制作了X波段11.25°和22.5°的小相位移相器单片微波集成电路(MMIC),两个移相器单元均采用低通开关滤波型拓扑结构.最终芯片面积分别为0.9 mm× 1.05 mm和0.95 mm× 1.05 mm.芯片测试结果表明,两个小相位移相器性能良好,且测试结果与仿真结果吻合.在8 ～ 12 GHz频带内,11.25°和22.5°移相器电路的相移精度小于2.8°,输入回波损耗分别优于-15和-12 dB,插入损耗值分别小于1和1.5 dB,幅度波动分别小于0.8和1.3 dB.两个移相器电路的1 dB压缩点输入功率均大于36 dBm,其功率容限优于GaAs HEMT设计的移相器.结果表明,所设计的移相器具有优异的相移精度以及良好的功率性能,可广泛应用于高精度和大功率的雷达系统中.     

液晶光调制计算全息相移器

在同轴相移数字全息实验中，相移量的准确性、稳定性对实验结果起着很重要的作用，因此相移器的研究已成为相移数字全息实验研究中的一个重要内容。在以往应用的相移器中，大多是通过机械驱动改变光程来实现相移，这种方法会使光路变得复杂。提出了一种新型的相移器——液晶光调制计算全息相移器，它将大大简化光路的设计，同时避免机械运动，实现相移量的全数字化控制。该相移器是基于计算全息原理和傅里叶变换的位移定理所提出的，它将液晶显示器(LCD)作为光学显示元件，通过适当改变显示在液晶显示器上的计算全息图的编码，使其同时实现波面变换和相移。给出了液晶光调制计算全息相移器的理论分析，并通过实验测量表明其相移量的波动范围仅在0．036 rad以内，具有很高的精确性、可重复性和稳定性，最后验证了该相移器用于同轴相移数字全息实验的可行性。     

0.5~2.7 GHz GaAs超宽带多功能MMIC芯片设计

基于0.25μm GaAs增强/耗尽型(E/D模)赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,设计并实现了一款集成了并行驱动器的多功能单片微波集成电路(MMIC)芯片。该芯片的移相器采用磁耦合全通网络(MCAPN)结构,功率分配器则使用集总元件进行集成,不仅缩小了芯片面积,并且在超宽带下实现了较好的相位精度和幅度一致性。采用微波探针台对芯片进行在片测试,结果表明在0.5~2.7 GHz,芯片性能良好:其小信号RF输入功率为0 dBm,芯片的插入损耗不大于7 dB,幅度波动在±0.8 dB以内,相位差为-98°~-85°,输入电压驻波比(VSWR)不大于1.9∶1,输出VSWR不大于1.9∶1,在-5 V电源下驱动器的静态电流为1 mA,响应速度为25 ns。芯片尺寸为3.4 mm×1.8 mm。该电路具有响应速度快、功耗低、集成度高等特点,可应用于多波束天线系统中。