一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路。通过在传统定向耦合器的直通端口和耦合端口添加工作在微波或毫米波段的PIN管或者JFET管，通过控制PIN管正负极两端的直流偏置电压或JFET管栅极g到源极s两端的直流偏置电压，从而改变直通端口、耦合端口的反射系数，影响定向耦合器四端口网络的S参数分布。本发明专利技术实现了对电路中射频信号同时调幅调相的功能，降低了毫米波段通信对高成本TR组件的依赖，解决了微波或者毫米波领域对射频信号幅度、相位自主控制调节的工程问题，精简了电路，避免了传统幅相控制电路中模拟器件的组合使用，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路
本专利技术涉及微波、毫米波段幅相可控电路领域，尤其是一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路。
技术介绍
众所周知，目前世界范围内使用的通信频段资源非常紧缺，但是毫米波频段的资源是非常丰富的。同时随着5G通信技术逐渐步入应用时代，无论是毫米波段的天线架构，亦或是后端射频处理电路的需求都在逐渐增加，而现有的一些微波毫米波段的射频电路架构规模之大、成本之高。5G通信研究的主要波段集中在9.9～86GHz之间，以LTE技术为基础，进行关于网络覆盖面的研究。在28GHz毫米波段上，当前基站的天线规模呈逐渐上升的趋势，多天线、大阵列带来的多波束赋形以及自适应调零等技术就越发地重要和关键，这就迫切地需要一种能工作在毫米波段的幅相控制电路去自适应地调节射频通路中信号的幅值和相位，来实现阵列天线的多波束赋形。目前已有的架构存在以下问题：1、架构复杂，需要引入移相器对信号进行调相，需要引入衰减器对信号进行调幅，从而使得传统幅相控制电路规模较大。2、现有毫米波段的TR组件成本较高。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路。经实验验证，该电路能够在微波、毫米波段对定向耦合器通路中的射频信号起到衰减和移相的作用。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术在定向耦合器的直通端口和耦合端口均连接上相同的一个PIN管或JFET管，PIN管或JFET管均工作在微波或毫米波段，通过控制PIN管正负极两端或JFET管栅极g到源极s两端的直流偏置电压，改变直通端口、耦合端口的反射系数，进而影响定向耦合器四端口网络的S参数分布，实现对于微波或毫米波信号的幅度和相位同时调节，能够使得信号从定向耦合器的输入端口输入，从隔离端口输出，直通端口和耦合端口不输出信号。所述的PIN管的负极分别连接到定向耦合器的直通端口和耦合端口，直通端口和耦合端口各自PIN管的正极相连后连接到直流偏置电压控制端。所述的JFET管的漏极连接到直通端口/耦合端口，直通端口和耦合端口处的JFET管的栅极相连后连接到直流偏置电压控制端，直通端口和耦合端口处的JFET管的源极相连后接地。所述定向耦合器具有任意耦合度和任意实现形式(例如微带或波导耦合器)。所述的PIN管或JFET管两端的直流偏置电压用DAC或者电位器进行控制。通过检测定向耦合器中输入端口到隔离端口的散射参数S31的变化来衡量电路对于射频信号幅度和相位的调节能力。通过调节定向耦合器尺寸结构以及选取对应波段的PIN二极管或者JFET管，可以使本专利技术中的控制电路工作在微波段或者毫米波段。本专利技术在定向耦合器直通端口和耦合端口引入PIN二极管或JFET管，通过控制二极管或者场效应管两端的直流偏置实现信号幅度相位控制。优选地，所述的电路微带结构PCB板材采用高频线路板材料RO4350B。优选地，所述的PIN二极管采用MACOM公司的MA4GP907。优选地，所述电路中二极管的正向偏置电压由微型控制处理器STM32程序控制DAC(如：AD5688)提供。所述的电路通过变化直流偏置电压进行调幅调相，采用ADS(电子设计自动化软件)仿真的方式从理论上给出本电路幅度相位可以同时调节的可行性。所述的定向耦合器中输入端口到隔离端口的S31参数指标在实际测量中可以通过ZNB矢量网络分析仪获取。本专利技术在实施例中研究电路S参数同直流偏置电压的变化曲线，可以明显直观地看到本电路能够对通路中的射频信号起到调幅调相的作用。本专利技术具有的有益效果：1、工作频段涉及微波段、毫米波段，电路架构扩展性大，覆盖面广。2、所述定向耦合器可以具有任意耦合度(3dB、6dB等)和任意实现形式(微带、波导)。3、电路能够满足对信号同时调幅调相的需求，电路规模小，构架简单，仅一个器件就能实现幅度和相位同时调节，避免了大量多种模拟器件结合使用的繁琐(如移相器和衰减器共同采用等)。4、采用价格低廉的PIN二极管或者JFET管，电路成本低。5、提出在定向耦合器直通端口和耦合端口引入PIN二极管或者JFET管，通过DAC控制PIN管正负极两端或JFET管栅极g到源极s两端的直流偏置电压或者通过电位计改变上述两个耦合端口处的等效电阻，从而改变定向耦合器各端口的S参数。6、能够为射频架构解决5G通信中面临的多波束赋形问题提供电路层面的技术支持。综合来说，本专利技术的控制电路实现了对耦合器中射频信号同时调幅调相的功能，同时自身架构大大精简了传统射频幅相控制电路，避免了移相器、衰减器等诸多模拟器件的组合使用，降低了成本。本专利技术可以极大程度上满足诸多通信方式下对各自工作频段的要求，降低毫米波段通信对高成本TR组件的依赖，解决了微波或者毫米波领域对射频信号幅度、相位自主控制调节的工程问题，有着广阔的市场前景。附图说明附图1为一种标准的四端口网络--连接信号源和负载的理想同向定向耦合器。图中的箭头表明了定向耦合器中射频信号的传输方向。图中四条指向中间矩形方框的波浪线为各自端口处的入射波，由中间矩形方框向外指向的四条波浪线为各自端口处的反射波。其中，Z0为隔离端口3和耦合端口4处的理想匹配负载，它的大小为50Ω。附图2为微带方形定向耦合器。图中信号从端口①输入，仅端口②与端口④有信号输出，端口③隔离。微带通路由两条主线、两条副线、两条上下平行连接线和两条左右分支线构成。图中Z1为端口①处输入主线的特征阻抗；Z2为端口②处直通主线的特征阻抗；Z3为端口③处隔离副线的特征阻抗；Z4为端口④处耦合副线的特征阻抗；Zo1-top为上端平行连接线的特征阻抗；Zo1-bottom为下端平行连接线的特征阻抗；Zo2-left为左侧分支线的特征阻抗；Zo2-right为右侧分支线的特征阻抗。附图3为本专利技术采用的幅相可控电路构架图。图中PIN二极管的负极加在定向耦合器的直通端口和耦合端口，PIN二极管的正极相连后连接到直流偏置电压Vcontrol，信号从输入端口1输入，从隔离端口3输出。图中为端口1处的入射电压，为端口1处的反射电压；图中为端口2处的入射电压，为端口2处的反射电压；图中为端口3处的入射电压，为端口3处的反射电压；图中为端口4处的入射电压，为端口4处的反射电压；图中Γ2为端口2处的反射系数，Γ4为端口4处的反射系数；图中S31为端口1到端口3的正向传输系数。附图4为本专利技术幅相可控电路实际尺寸的结构版图，以工作在毫米波段的3dB方形定向耦合器为例进行尺寸说明。图中TL1～TL8依次表示各自所在微带线线段，微带线单位：mm。P1为端口1的入射信号，P3为端口3的出射信号。Vcontrol为PIN二极管的正极所接的直流偏置电压。附图5为34.0GHz处信号幅值、相位信息随PIN二极管正向偏置电压变化的关系曲线。图中实线表明了本专利技术的幅相可控电路在34.0GHz的调幅功能。图中虚线表明了本专利技术的幅相可控电路在34.0GHz的调相功能。附图6为不同工作频率时定向耦合器S31的幅值信息|S31|同PIN二极管正向偏置电压之间的关系曲线。附图7为不同工作频率时定向耦合器S31的相位信息∠S31同PIN二极管正向偏置电压之间的关系曲线。其中，S31为定向耦合器输入端口到隔离端口的散射参数。|S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路，其特征在于：在定向耦合器的直通端口和耦合端口均连接上相同的一个PIN管或JFET管，PIN管或JFET管均工作在微波或毫米波段，通过控制PIN管或JFET管两端的直流偏置电压，实现对于微波或毫米波信号的幅度和相位同时调节。

【技术特征摘要】
1.一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路，其特征在于：在定向耦合器的直通端口和耦合端口均连接上相同的一个PIN管或JFET管，PIN管或JFET管均工作在微波或毫米波段，通过控制PIN管或JFET管两端的直流偏置电压，实现对于微波或毫米波信号的幅度和相位同时调节。2.根据权利要求1所述的一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路，其特征在于：所述的PIN管的负极分别连接到定向耦合器的直通端口和耦合端口，直通端口和耦合端口各自PIN管的正极相连后连接到直流偏置电压控制端。3.根据权利要求1所述的一种基于定向耦合器的微波或毫米波幅度和相位控制电路，其特征在于：所述的JFET管的漏极连接到直通端口/耦合端口，直通端口和耦合端口处的J...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赫，冉立新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33