【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波毫米波通信，具体涉及一种基于相位反转可变增益放大器（variable gain amplifier，vga）的有源双向矢量调制移相网络。
技术介绍
1、随着无线通信技术的快速发展，特别是在5g和未来6g技术的应用中，对于高速数据传输和高频通信的需求日益增长，相控阵是一种有效提高通信速率的通信系统架构，实现相位调节的移相网络是相控阵的重要组成部分。移相网络根据其结构可分为有源和无源两种，在毫米波频段，传统的无源移相网络由于其高插入损耗、大体积和低效率已经不能满足现代相控阵系统的要求。因此，研究和开发新型的有源移相网络成为了无线通信领域的一个热点问题。
2、矢量调制移相器是一种常用的有源移相网络架构，这种架构的有源移相网络通过合成两个由可变增益放大器独立调节的正交信号的幅度和相位来实现精确的移相。有源矢量调制移相器在毫米波太赫兹频段具有较小的插入损耗，从而缓解链路预算的压力，降低了链路复杂度。同时，有源矢量调制移相器可以在流片后进行相位校准，且可以通过增加数模转换器的分辨率来提高移相网络的移相精度。
3、然而，现有的有源矢量调制移相器多基于固定方向性的可变增益放大器构建，导致它们局限于单向的相位控制，这对其在时分复用系统中的应用构成了一定限制。因此，需要通过调整幅度控制单元的架构，实现双向工作的移相网络。相位反转可变增益放大器由于其稳定的输出输出阻抗，可以作为有源矢量调制移相器的增益控制单元，且无需在射频通路上增加额外的相位反转器即可覆盖全 360°相位，具有较小系统复杂度。基于相位反转可变
4、当前，研究者们正在探索使用先进的半导体工艺，如sige bicmos工艺，来实现高性能的有源移相网络。这些工艺可以实现低成本、低插损和高集成度的移相网络，满足现代相控阵系统的需求。
技术实现思路
1、技术问题：本专利技术旨在提供一种基基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，使用双向相位反转可变增益放大器作为正交信号的双向幅度控制单元，从而实现更低损耗的双向相位调节功能的有源阻抗网络。
2、技术方案：本专利技术公开了一种基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，包括依次连接的第一输入输出端口、正交耦合器、第一巴伦网络、双向相位反转可变增益放大器网络、第二巴伦网络、功分器、第二输入输出端口；所述第一巴伦网络、双向相位反转可变增益放大器网络、第二巴伦网络分为两组，分别为i路组和q路组。
3、所述双向相位反转可变增益放大器网络包含i路和q路两个相同的双向相位反转可变增益放大器，每个双向相位反转可变增益放大器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第十一晶体管和第十二晶体管，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，第一vga输入输出差分端口，第二vga输入输出差分端口；第一晶体管的发射极、第二晶体管的发射极、第五晶体管的集电极连接，第三晶体管的发射极、第四晶体管的发射极、第六晶体管的集电极连接；第七晶体管的发射极、第八晶体管的发射极、第十一晶体管的集电极连接，第九晶体管的发射极、第十晶体管的发射极、第十二晶体管的集电极连接。
4、所述的第一电容的一端与第一晶体管的集电极、第四晶体管的集电极、第一vga输入输出差分端口的+端连接，第一电容的另一端与第十一晶体管的基极连接；第二电容的一端与第二晶体管的集电极、第三晶体管的集电极、第二vga输入输出差分端口的-端连接，第二电容的另一端与第十二晶体管的基极连接。
5、第三电容的一端与第八晶体管的集电极、第九晶体管的集电极、第二vga输入输出差分端口的+端连接，第三电容的另一端与第五晶体管的基极连接；第四电容的一端与第七晶体管的集电极、第十晶体管的集电极、第二vga输入输出差分端口的-端连接，第四电容的另一端与第六晶体管的基极连接。
6、第一晶体管的基极通过电阻接第一与门的输出端，第二晶体管的基极通过电阻接第二与门的输出端，第三晶体管的基极通过电阻接第三与门的输出端，第四晶体管的基极通过电阻接第四与门的输出端，第七晶体管的基极通过电阻接第五与门的输出端，第八晶体管的基极通过电阻接第六与门的输出端，第九晶体管的基极通过电阻接第七与门的输出端，第十晶体管的基极通过电阻接第八与门的输出端。
7、所述第一与门的两个输入端分别连接方向选择电压 rx和象限选择电压 quad，第二与门的两个输入端分别连接方向选择电压 rx和象限选择电压，第三与门的两个输入端分别连接方向选择电压 rx和象限选择电压 quad，第四与门的两个输入端分别连接方向选择电压 rx和象限选择电压，第五与门的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压 quad，第六与门的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压，第七与门的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压 quad，第八与门的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压。
8、所述方向选择电压 rx只有0或1两种状态，状态为1时处于正向工作模式，状态为0时处于反向工作模式；象限选择电压quad只有0或1两种状态，用于实现象限切换。
9、第五晶体管、第六晶体管的基极接正向增益控制电压 vfw ，第十一晶体管和第十二晶体管的基极接反向增益控制电压 vbw，当方向选择电压 rx为1时，正向增益控制电压 vfw的电压值可调节，反向增益控制电压 vbw的电压值为0v；当方向选择电压 rx为0时，反向增益控制电压 vbw的电压值可调节，正向增益控制电压 vfw的电压值为0v。
10、所述的移相网络在正向工作模式，信号由第一输入输出端口输入正交耦合器，生成i路和q路两路信号，分别进入第一巴伦网络的i路组和q路组，生成i+,i-,q+,q-四路差分信号；其中i+和i-两路差分信号进入双向相位反转可变增益放大器网络的i路组，经过i路双向相位反转可变增益放大器网络的放大后进入第二巴伦网络，完成i路的匹配和差分功率合成； q+和q-两路差分信号进入双向相位反转可变增益放大器网络的q路组，经过q路双向相位反转可变增益放大器网络的放大后进入第二巴伦网络，完成q路的匹配和差分功率合成；i路信号和q路信号输入功分器，完成正交功率合成，再经由第二输入输出端口输出。
【技术保护点】
1.一种基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于所述移相网络包括依次连接的第一输入输出端口（1）、正交耦合器（2）、第一巴伦网络（3）、双向相位反转可变增益放大器网络（4）、第二巴伦网络（5）、功分器（6）、第二输入输出端口（7）；所述第一巴伦网络（3）、双向相位反转可变增益放大器网络（4）、第二巴伦网络（5）分为两组，分别为I路组和Q路组。
2.根据权利要求1所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，所述双向相位反转可变增益放大器网络（4）包含I路和Q路两个相同的双向相位反转可变增益放大器，每个双向相位反转可变增益放大器包括第一晶体管（M1）、第二晶体管（M2）、第三晶体管（M3）、第四晶体管（M4）、第五晶体管（M5）、第六晶体管（M6）、第七晶体管（M7）、第八晶体管（M8）、第九晶体管（M9）、第十晶体管（M10）、第十一晶体管（M11）和第十二晶体管（M12），第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4），第一VGA输入输出差分端口（VGAIO1），第二VGA输入输出差分端口（VGAIO2）；第
3.根据权利要求2所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，所述的第一电容（C1）的一端与第一晶体管（M1）的集电极、第四晶体管（M4）的集电极、第一VGA输入输出差分端口（VGAIO1）的+端连接，第一电容（C1）的另一端与第十一晶体管（M11）的基极连接；第二电容（C2）的一端与第二晶体管（M2）的集电极、第三晶体管（M3）的集电极、第二VGA输入输出差分端口（VGAIO2）的-端连接，第二电容（C2）的另一端与第十二晶体管（M12）的基极连接；
4.根据权利要求2所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，第一晶体管（M1）的基极通过电阻接第一与门（and1）的输出端，第二晶体管（M2）的基极通过电阻接第二与门（and2）的输出端，第三晶体管（M3）的基极通过电阻接第三与门（and3）的输出端，第四晶体管（M4）的基极通过电阻接第四与门（and4）的输出端，第七晶体管（M7）的基极通过电阻接第五与门（and5）的输出端，第八晶体管（M8）的基极通过电阻接第六与门（and6）的输出端，第九晶体管（M9）的基极通过电阻接第七与门（and7）的输出端，第十晶体管（M10）的基极通过电阻接第八与门（and8）的输出端。
5.根据权利要求4所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于：所述第一与门（and1）的两个输入端分别连接方向选择电压Rx和象限选择电压quad，第二与门（and2）的两个输入端分别连接方向选择电压Rx和象限选择电压，第三与门（and3）的两个输入端分别连接方向选择电压Rx和象限选择电压quad，第四与门（and4）的两个输入端分别连接方向选择电压Rx和象限选择电压，第五与门（and5）的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压quad，第六与门（and6）的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压，第七与门（and7）的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压quad，第八与门（and8）的两个输入端分别连接方向选择电压和象限选择电压。
6.根据权利要求5所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于：所述方向选择电压Rx只有0或1两种状态，状态为1时处于正向工作模式，状态为0时处于反向工作模式；象限选择电压quad只有0或1两种状态，用于实现象限切换。
7.根据权利要求2或5所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，第五晶体管（M5）、第六晶体管（M6）的基极接正向增益控制电压Vfw ，第十一晶体管（M11）和第十二晶体管（M12）的基极接反向增益控制电压Vbw，当方向选择电压Rx为1时，正向增益控制电压Vfw的电压值可调节，反向增益控制电压Vbw的电压值为0V；当方向选择电压Rx为0时，反向增益控制电压Vbw的电压值可调节，正向增益控制电压Vfw的电压值为0V。
8.根据权利要求6所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，所述的移相网络在正向工作模式，信号由第一输入输出...
【技术特征摘要】
1.一种基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于所述移相网络包括依次连接的第一输入输出端口（1）、正交耦合器（2）、第一巴伦网络（3）、双向相位反转可变增益放大器网络（4）、第二巴伦网络（5）、功分器（6）、第二输入输出端口（7）；所述第一巴伦网络（3）、双向相位反转可变增益放大器网络（4）、第二巴伦网络（5）分为两组，分别为i路组和q路组。
2.根据权利要求1所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，所述双向相位反转可变增益放大器网络（4）包含i路和q路两个相同的双向相位反转可变增益放大器，每个双向相位反转可变增益放大器包括第一晶体管（m1）、第二晶体管（m2）、第三晶体管（m3）、第四晶体管（m4）、第五晶体管（m5）、第六晶体管（m6）、第七晶体管（m7）、第八晶体管（m8）、第九晶体管（m9）、第十晶体管（m10）、第十一晶体管（m11）和第十二晶体管（m12），第一电容（c1）、第二电容（c2）、第三电容（c3）、第四电容（c4），第一vga输入输出差分端口（vgaio1），第二vga输入输出差分端口（vgaio2）；第一晶体管（m1）的发射极、第二晶体管（m2）的发射极、第五晶体管（m5）的集电极连接，第三晶体管（m3）的发射极、第四晶体管（m4）的发射极、第六晶体管（m6）的集电极连接；第七晶体管（m7）的发射极、第八晶体管（m8）的发射极、第十一晶体管（m11）的集电极连接，第九晶体管（m9）的发射极、第十晶体管（m10）的发射极、第十二晶体管（m12）的集电极连接。
3.根据权利要求2所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，所述的第一电容（c1）的一端与第一晶体管（m1）的集电极、第四晶体管（m4）的集电极、第一vga输入输出差分端口（vgaio1）的+端连接，第一电容（c1）的另一端与第十一晶体管（m11）的基极连接；第二电容（c2）的一端与第二晶体管（m2）的集电极、第三晶体管（m3）的集电极、第二vga输入输出差分端口（vgaio2）的-端连接，第二电容（c2）的另一端与第十二晶体管（m12）的基极连接；
4.根据权利要求2所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于，第一晶体管（m1）的基极通过电阻接第一与门（and1）的输出端，第二晶体管（m2）的基极通过电阻接第二与门（and2）的输出端，第三晶体管（m3）的基极通过电阻接第三与门（and3）的输出端，第四晶体管（m4）的基极通过电阻接第四与门（and4）的输出端，第七晶体管（m7）的基极通过电阻接第五与门（and5）的输出端，第八晶体管（m8）的基极通过电阻接第六与门（and6）的输出端，第九晶体管（m9）的基极通过电阻接第七与门（and7）的输出端，第十晶体管（m10）的基极通过电阻接第八与门（and8）的输出端。
5.根据权利要求4所述的基于相位反转可变增益放大器的有源双向移相网络，其特征在于：所述第一与门（and1）的两个输入端分别连接方向选择电压rx和象限选择电压quad，第二与门（and2）的两个输入端分别连接方向选择电压rx和象限选择电压，第三与门（and3）的两个输入端分别连接方向选择电压rx和象限选择电压quad，第四与...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈继新，孔令峥，李吉瑞，周培根，舒畅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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