一种集成式360°反射型模拟移相器制造技术

本发明专利技术公开了一种集成式360°反射型模拟移相器，涉及相控阵雷达领域。本发明专利技术移相器将信号环流网络、反射电抗网络、反向信号隔离网络、直流电压偏置网络和隔直网络均集成在一具有旋磁性的铁氧体基板表面上，通过调节外加反向偏压能够实现信号相位在0～360°范围内连续可调，而且基于旋磁材料受外加磁场激励能够改变在材料中传播的电磁波的极化方向，从而改变本发明专利技术信号传输和隔离的方向，进而使得移相器的调节、控制更为灵活；本发明专利技术能够实现移相器轻量化、小型化的需求，有利于与收发组件的其他子电路进行集成，此外，本发明专利技术能够有效克服传统铁氧体材料制得的移相器所存在的重量、体积过大，开关时间较长等不足。

An integrated 360 degree reflective analog phase shifter

The invention discloses an integrated 360 degree reflection type analog phase shifter, which relates to the field of phased array radar. The phase shifter will signal circulation network, reflection and reverse reactance network signal isolation network, DC voltage and DC bias network network are integrated in the ferrite substrate surface has a magnetic rotation, by adjusting the applied reverse bias can realize signal phase in 0 ~ 360 degrees range can be adjusted continuously, and based on. Magnetic material by magnetic field excitation can change the polarization direction of electromagnetic wave propagation in the material, thereby changing the signal transmission and isolation of the invention, thus making the phase shifter control is more flexible; the invention can realize the phase shifter is lightweight and miniaturization requirements, there are other sub circuits and to send and receive component integration, in addition, the invention can effectively overcome the traditional phase shifter ferrite materials prepared by weight, large volume, long time not switch Foot.

【技术实现步骤摘要】
一种集成式360°反射型模拟移相器
本专利技术涉及相控阵雷达领域，尤其涉及一种基于具有旋磁性铁氧体材料的集成式360°反射型模拟移相器。
技术介绍
移相器是对射频信号进行相位调制、而尽可能不产生能量衰减的双端口微波器件，广泛用于通信系统、天线阵列、雷达系统以及微波自动控制系统等领域。随着各领域实际应用对电子系统的体积、重量和功耗的要求越来越严苛，人们寻求各种性能优良、体积小的混合集成或单片集成移相器的愿望也越来越迫切。现有技术通常设计固态电调模拟移相器主要有两种不同的方法：一种是利用铁氧体磁性材料的磁导率随外加直流偏置磁场的变化而变化导致传输的电磁波的传播常数发生变化，以此来改变传输的电磁波的相位，被称为微波铁氧体移相器。另一种是利用半导体器件如PIN二极管或变容二极管构造特定的电路结构，并使半导体器件的等效参数随外加偏置电压的变化而变化，以此来改变传输的电磁波的相位，被称为微波半导体移相器。微波铁氧体移相器由于重量、体积大，驱动功率大等原因，主要应用在较高峰值功率的场合，且不便于集成小型化；而微波半导体移相器结构紧凑，基于变容二极管的等效电容随外加反向偏压变化的时间短，可以以极快的速度对微波信号进行处理，所以使用其制作的移相器响应速度快，无惯性，易于电控，因此，变容二极管成为目前设计电调模拟式移相器的主流。为克服上述技术问题，亟需一种集成化、小型化、轻量化且性能优越的模拟移相器。
技术实现思路
鉴于上文所述，本专利技术的目的在于提供一种集成式360°反射型模拟移相器，该移相器将多个功能网络集成于具有旋磁性的铁氧体基板上，能够实现移相器轻量化、小型化的需求，有利于与收发组件的其他子电路进行集成；本专利技术通过调节外加反向偏压实现信号相位在0～360°范围内连续可调，并且基于旋磁材料受外加磁场激励能够改变在材料中传播的电磁波的极化方向，从而可改变本专利技术信号传输和隔离的方向，进而使得移相器的调节、控制更为灵活；此外本专利技术能够有效克服传统铁氧体材料制得的移相器所存在的重量、体积过大，开关时间较长等不足。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种集成式360°反射型模拟移相器，包括具有旋磁性的铁氧体基板和集成于所述铁氧体基板一表面的信号环流网络、反射电抗网络、反向信号隔离网络、直流电压偏置网络和隔直网络；所述信号环流网络包括第一环行器和第一永磁体；所述第一环行器包括圆形谐振结，三段互成120度的匹配传输线以及分别与每一匹配传输线串联的50欧姆传输线，所述第一永磁体设于第一环行器的圆形谐振结正上方或正下方；所述第一环行器为三端口环行器，其第一端口与隔直网络相连接，所述隔直网络包括第一单片电容；所述第一环行器的第二端口与反射电抗网络相连接，所述反射电抗网络包括两条支路，第一支路为第一微带线串联第一变容二极管，第二支路为与所述第一支路并联的第二变容二极管，并且所述第一变容二极管与第二变容二极管的负极均接入地平面；所述第一环行器的第三端口与反向信号隔离网络相连接，所述反向信号隔离网络包括第二环行器、第二永磁体及接入地平面的匹配负载；所述第二环行器包括圆形谐振结，三段互成120度的匹配传输线以及分别与每一匹配传输线串联的50欧姆传输线，所述第二永磁体设于第二环行器的圆形谐振结正上方或正下方；所述第二环行器为三端口环行器，其第一端口与隔直网络相连接，所述隔直网络包括第二单片电容；所述第二环行器的第二端口与信号环流网络的第三端口相连接，所述第二环行器的第三端口与两条支路相连接，其中一条支路为匹配负载，具体为与所述50欧姆传输线相匹配的负载；另一条支路包括直流电压偏置网络，所述直流电压偏置网络包括带阻滤波器及与之串联的第二微带线，所述第二微带线终端形成焊盘以作为直流电压馈电点。进一步地，本专利技术中反射电抗网络中变容二极管的变容范围均为0.26pF～3.16pF。进一步地，本专利技术中反射电抗网络中变容二极管的工作偏压范围为0～20V。进一步地，本专利技术中第一变容二极管或第二变容二极管的正极均通过单根金丝与所述第一微带线连接。具体地，本专利技术中隔直网络中第一单片电容或第二单片电容与相应端口的连接方式具体如下：在第一环行器或第二环行器的第一端口处50欧姆传输线上开槽将传输线分为相互隔离的两段，然后将单片电容的一极与其中一段传输线相连，并将单片电容的另一极通过两根并联的金丝与另一段传输线相连。进一步地，本专利技术中匹配负载包括相互串联的薄膜电阻和微带式金属电极，所述微带式金属电极的一端接入地平面。进一步地，还包括使得所述50欧姆传输线与所述薄膜电阻相匹配的微带式阻抗匹配网络。具体地，所述微带式阻抗匹配网络为平衡式开路微带线，所述微带式阻抗匹配网络设置在所述50欧姆传输线和所述薄膜电阻之间。进一步地，本专利技术中带阻滤波器包括第三微带线及与所述第三微带线并联的扇形微带开路线。相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术移相器电路结构设计合理，通过将多个功能网络集成于具有旋磁性的铁氧体基板一表面，满足了未来发展对移相器轻量化、小型化的需求，并且有利于与收发组件的其他子电路进行集成；本专利技术通过两个变容二极管及一段均匀微带线实现了信号相位在0～360度连续可调，并且综合利用了旋磁材料的特性，使得移相器的相位传输和隔离的方向可以通过改变外加磁场激励的方向进行调节，进而使得移相器的信号控制更为灵活；本专利技术移相器在工作频率范围内所有可变相位条件下均具有良好性能，具体如下：移相器输入、输出端口的电压驻波比不超过1.3，传输损耗绝对值不大于4.5dB，反向隔离绝对值大于20dB；此外，本专利技术通过在铁氧体基板表面印制图形且在铁氧体基板外围设置地平面以便于变容二极管端接入地平面，能够避免在脆性的铁氧体基板上进行打孔或者异形处理，有效减小加工难度。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的集成式360°反射型模拟移相器的电路结构示意图；图2是本专利技术实施例1所提供的集成式360°反射型模拟移相器的反射电抗网络示意图；图3是本专利技术实施例1所提供的集成式360°反射型模拟移相器中环行器与永磁体的结构示意图；图4是本专利技术实施例1所提供的集成式360°反射型模拟移相器的反向信号隔离网络中匹配负载和直流偏置网络的结构示意图；图5是本专利技术实施例1所提供的集成式360°反射型模拟移相器的隔直网络示意图；图6是本专利技术集成式360°反射型模拟移相器中地平面的一种具体实施方式示意图；其中，1为变容二极管，2为地平面，3为第一环行器，4为第二环行器，5为扇形微带开路线，6为焊盘，7为薄膜电阻，8为单片电容，9为铁氧体基板，10为金丝，11为第一微带线；12为环行器的微带结构，其中，13为圆形谐振结，14为匹配传输线，15为50欧姆传输线，16为永磁体；17为开路微带匹配线，18为微带式金属电极，19为高阻微带线，21为外部基板，22为金属底面，23为容置槽，24为L型地平面，25为第一环行器的第一端口，26为第二环行器的第一端口。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术进行详细的阐述：实施例1：一种集成式360°反射型模拟移相器，如图1所示，包括具有旋磁性的铁氧体基板9和集成于所述铁氧体基板9一表面的信号环流网络、反射电抗网络、反向信号隔离网络、直流电压偏置网络和隔直网络；本专利技术所提供的基于铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式360°反射型模拟移相器，其特征在于，包括具有旋磁性的铁氧体基板和集成于所述铁氧体基板表面的信号环流网络、反射电抗网络、反向信号隔离网络、直流电压偏置网络和隔直网络；所述信号环流网络包括第一环行器和第一永磁体；所述第一环行器包括圆形谐振结，三段互成120度的匹配传输线以及分别与每一匹配传输线串联的50欧姆传输线，所述第一永磁体设于第一环行器的圆形谐振结正上方或正下方；所述第一环行器为三端口环行器，其第一端口与隔直网络相连接，所述隔直网络包括第一单片电容；所述第一环行器的第二端口与反射电抗网络相连接，所述反射电抗网络包括两条支路，第一支路为第一微带线串联第一变容二极管，第二支路为与所述第一支路并联的第二变容二极管，并且所述第一变容二极管与第二变容二极管的负极均接入地平面；所述第一环行器的第三端口与反向信号隔离网络相连接，所述反向信号隔离网络包括第二环行器、第二永磁体及匹配负载；所述第二环行器包括圆形谐振结，三段互成120度的匹配传输线以及分别与每一匹配传输线串联的50欧姆传输线，所述第二永磁体设于第二环行器的圆形谐振结正上方或正下方；所述第二环行器为三端口环行器，其第一端口与隔直网络相连接，所述隔直网络包括第二单片电容；所述第二环行器的第二端口与信号环流网络的第三端口相连接，所述第二环行器的第三端口与两条支路相连接，其中一条支路包括匹配负载，具体为与所述50欧姆传输线相匹配的负载；另一条支路包括直流电压偏置网络，所述直流电压偏置网络包括带阻滤波器及与之串联的第二微带线，所述第二微带线终端形成焊盘以作为直流电压馈电点。...

【技术特征摘要】
1.一种集成式360°反射型模拟移相器，其特征在于，包括具有旋磁性的铁氧体基板和集成于所述铁氧体基板表面的信号环流网络、反射电抗网络、反向信号隔离网络、直流电压偏置网络和隔直网络；所述信号环流网络包括第一环行器和第一永磁体；所述第一环行器包括圆形谐振结，三段互成120度的匹配传输线以及分别与每一匹配传输线串联的50欧姆传输线，所述第一永磁体设于第一环行器的圆形谐振结正上方或正下方；所述第一环行器为三端口环行器，其第一端口与隔直网络相连接，所述隔直网络包括第一单片电容；所述第一环行器的第二端口与反射电抗网络相连接，所述反射电抗网络包括两条支路，第一支路为第一微带线串联第一变容二极管，第二支路为与所述第一支路并联的第二变容二极管，并且所述第一变容二极管与第二变容二极管的负极均接入地平面；所述第一环行器的第三端口与反向信号隔离网络相连接，所述反向信号隔离网络包括第二环行器、第二永磁体及匹配负载；所述第二环行器包括圆形谐振结，三段互成120度的匹配传输线以及分别与每一匹配传输线串联的50欧姆传输线，所述第二永磁体设于第二环行器的圆形谐振结正上方或正下方；所述第二环行器为三端口环行器，其第一端口与隔直网络相连接，所述隔直网络包括第二单片电容；所述第二环行器的第二端口与信号环流网络的第三端口相连接，所述第二环行器的第三端口与两条支路相连接，其中一条支路包括匹配负载，具体为与所述50欧姆传输线相匹配的负载；另一条支路包括直流电压偏置网络，所述直流电压偏置网络包括带阻滤波器及与之串联的第二微带线，所述第二微带线终端形成焊盘以作为直流电压馈电点。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖力，高黎文，王雨，巫崇胜，刘谦，曾千骞，张怀武，杨青慧，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51