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  • 想要了解移相器知识?大佬带你解读MEMS移相器!

    想要了解移相器知识?大佬带你解读MEMS移相器!

    在这篇文章中,小编将为大家带来MEMS移相器的相关报道。如果你对本文即将要讲解的内容存在一定兴趣,不妨继续往下阅读哦。 近年来,随着射频微机械技术的发展,MEMS移相器引起了越来越多的关注,并已成为主要的研究MEMS器件之一。与传统移相器相比,MEMS移相器主要使用半导体材料作为衬底,并通过微加工技术制备。它们具有带宽,低损耗,低成本,超小型化以及易于与IC,MMIC电路等集成的优点。因此,在微波和毫米波控制电路中具有广阔的应用前景。美国密歇根大学的Barker博士首先通过将MEMS金属桥周期性地加载到共面波导上,从而实现了毫米波波段和宽带的MEMS相移器。如图1所示,其基本原理是改变MEMS金属桥。改变传输路径上的相移常数的高度,从而达到改变相移的目的。在本文中,基于电容耦合MEMS开关设计了一个90°分布式MEMS相移器。 MEMS移相器的基本设计思想是将具有高电容比的MEMS可移动膜桥周期性地加载到共面波导上,从而增加共面波导与地面之间的分布电容,使共面波导传输线成为慢波系统起着相位延迟的作用。在线路上施加直流偏置会改变分布电容,并导致传输线路的参数发生变化,从而改变电磁波的相位。相移量由MEMS单元的电容与传输线本身的电容之比确定。 MEMS是利用基于半导体制造技术的IC(集成电路)技术制成的微设备和设备阵列。它是微电子技术和精密机械制造技术的结合。 MEMS工艺技术起源于IC技术,是一种微处理技术,它使用诸如薄膜沉积、光刻、IBE蚀刻、剥离和封装之类的基本工艺来制造复杂的三维结构。 自1979年首次发布低频MEMS开关以来,MEMS开关已广泛用于军事和民用领域。与传统的半导体开关相比,MEMS开关具有一系列优点:低插入损耗,高线性度,高隔离度,频率带宽和易于集成。 MEMS组件的低插入损耗和高线性度的优势促进了MEMS相移器的快速发展。 MEMS分布式电容移相器的设计原理是周期性地以高电容变化率加载MEMS电容器,以将传输线更改为慢波系统,并通过加载偏置电压来更改MEMS分布式电容,从而改变传输线上的相速度。相移功能。 目前,国内外对MEMS移相器的研究相对较热。与使用PIN二极管的数字移相器相比,使用MEMS技术的移相器具有更小的插入损耗和更低的从X波段到W波段的转换。而至于能源方面,与PIN二极管移相器相比,其性能得到了极大提高。由于MEMS移相器的损耗主要来自导体损耗而不是介电损耗,并且由于MEMS的电容性介质是真空或空气,因此其泄漏电流可以忽略不计,因此MEMS移相器广泛用于低损耗和高损耗的环境中。频率应用。场合。 MEMS移相器从电路结构上可以划分为两大类别:第一种移相器类似于PIN二极管移相器。传输线的电参数通过MEMS开关进行更改,以实现相移。移相器是MEMS。交换网络移相器。第二类分布式移相器采用分布式MEMS传输线结构,通过调整可变电容器的尺寸并改变相速度来实现相移。 所以总的来说呢,MEMS移相器具有插入损耗低,寄生电容小和应用频带更宽的优点。然而,由于不成熟的MEMS理论和技术,对MEMS桥中残余力的研究尚未深入,导致悬臂经典力学性能的理论模型不足。同时,MEMS移相器的制造工艺相对复杂,机械结构的响应时间更长,并且难以与硅基CMOS单片集成。这些因素阻碍了MEMS移相器的广泛应用。 以上便是小编此次想要和大家共同分享的有关MEMS移相器的内容,如果你对本文内容感到满意,不妨持续关注我们网站哟。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

    时间:2021-04-05 关键词: 移相器 MEMS移相器 MEMS

  • 什么是PIN二极管移相器?移相器与延迟线有何区别?

    什么是PIN二极管移相器?移相器与延迟线有何区别?

    移相器将是下述内容的主要介绍对象,通过这篇文章,小编希望大家可以对移相器与延迟线的区别以及PIN二极管移相器的相关情况以及信息有所认识和了解,详细内容如下。 一、移相器引言 移相器(Phaser)能够对波的相位进行调整的一种装置。任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移,这是早期模拟移相器的原理;现代电子技术发展后利用A/D、D/A转换实现了数字移相,顾名思义,它是一种不连续的移相技术,但特点是移相精度高。 移相器在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。 移相器是相控阵系统中最重要的模块之一,已广泛用于卫星通信,雷达,汽车驾驶辅助系统和第五代移动通信技术(5G)。传统的移相器主要由无源元件组成,其结构包括开关线型、负载线型、铁氧体型、高低通型和反射型等,统称为无源移相器。 随着朝着芯片小型化和高集成度的系统的发展,无源移相器由于精度低和体积大的缺点而面临技术瓶颈。有源移相器主要使用矢量叠加来实现移相功能。 二、移相器和延迟线的区别 第一次接触移相器时,我下意识的想到用一节短传输线就实现了,实际上开关线移相器就是一节短传输线,但延迟线也是一节传输线,那移相器和延迟线到底有什么区别呢。我的理解如下: 基础公式: 移 相 器: 延 迟 线: 一节传输线当没有色散的时候对任何频率都是等延迟的,严格来说传输线是一个延迟线。当带宽很窄的时候移相器可以用一节短延迟线实现,可以在一个相对窄的带宽里实现等相位移动,所以开关线移相器只能用在窄带情况下。 在信号带宽很宽的情况下,信号通过移相器时由于对各个频率的延迟不同,我个人理解实际上是色散效应,不知对系统使用是否有影响。 三、PIN二极管移相器 有许多类型的移相器。 只能根据特定值改变相移量,称为数字移相器。 确定了数字移相器的相移,并且其相位只能逐步改变。 移相器的位数越多,信号的控制越精细,并且移相器本身即控制电路越复杂。相移可以连续改变,称为模拟移相器。 PIN二极管移相器是典型的数字移相器。 PIN二极管移相器主要根据PIN二极管的固有特性设计用于相移。 PIN二极管的V-A特性使其具有两个开关状态:正向偏置和反向偏置。 当PIN二极管处于反向偏置状态时,电路会产生一个小的串联结电容,并且二极管处于高阻抗状态;当PIN二极管处于反向偏置状态时,该电路会产生一个小的串联结电容。 当PIN二极管处于正向偏置状态时,串联结电容消失,二极管处于低阻抗状态,可以使用偏置信号。控制PIN二极管的两种不同状态以完成RF电路的设计。 设计射频电路时,有必要考虑由二极管封装引起的寄生效应。同时,应注意,当将偏置信号施加到PIN二极管时,电路必须具有RF扼流器件和DC隔离器件,以使偏置信号与RF信号隔离。 在1960年左右,为了解决铁氧体移相器体积大和质量大的问题,使用PIN二极管作为开关元件的移相器开始出现。 移相器设计的基本原理是利用PIN二极管的两个开关状态的正向偏置和反向偏置的相互转换来改变传输线的电长度,电容,电感,电阻和其他参数,以实现相移。 PIN二极管移相器可分为开关线移相器,负载线移相器,反射式移相器等。 开关线性移相器是最简单的类型。 它使用2个单刀双掷开关沿不同长度的传输线之一传输信号。 以上便是小编此次想要和大家共同分享的有关移相器与延迟线的区别以及PIN二极管移相器的内容,如果你对本文内容感到满意,不妨持续关注我们网站哟。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

    时间:2021-04-05 关键词: 二极管 PIN二极管移相器 移相器

  • 移相器有什么应用?大佬带你看铁氧体移相器

    移相器有什么应用?大佬带你看铁氧体移相器

    在下述的内容中,小编将会对移相器的应用以及铁氧体移相器的相关消息予以报道,如果移相器是您想要了解的焦点之一,不妨和小编共同阅读这篇文章哦。 一、什么是移相器 移相器能够对波的相位进行调整的一种装置。任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移,这是早期模拟移相器的原理;现代电子技术发展后利用A/D、D/A转换实现了数字移相,顾名思义,它是一种不连续的移相技术,但特点是移相精度高。 二、移相器的应用 占系统负荷较重、并且有持续快速攀升趋势时,需要进行电压紧急态势分,注视运行工况将可能通过何种途径逼近电网负荷供应能力的临界点。负荷在高位快速攀升时,电源如何分担负荷增量,可以从运行模式的调峰特征去寻找预估线索。主力调峰电源与负荷中心之间,各联络线在潮流上涨逼近限值方面,往往步调上有差异,线路潮流骤增时,对可能首先跳闸的联络线,应该给予特殊的关注,因为其保护跳闸势必引起功率转移,使其它联络线相继跳闸,产生恶性连锁反应,可能导致系统解列。移相器在国外广泛用来进行潮流调控。灵活交流输电系统装置家族中的“静止移相器”,由于电力电子技术的采用,在调控性能上有了长足进步,免除了任何机械操作,在安全稳定控制方面具有良好的应用前景,肯定了SPS可用来提高暂态稳定性、阻尼次同步振荡、缓和区域间振荡、减轻轴系暂态扭矩以及稳态环流控制。 移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。运用移相器规约敏感联络线的潮流,保障电压稳定性不因联络线连锁跳闸、相继退出而遭到破坏,可以明显提高电压稳定极限。其工作原理根据不同的构成而存在差异。如晶体管电路,可在输入端加入一个控制信号来控制移相大小;在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相;在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的。 三、铁氧体移相器 国外对铁氧体移相器的研究较早, 1949年Polder D首次发现铁氧体的旋磁特性后, 人们不断加强对于铁氧体移相器的研究, 并开始利用铁氧体材料进行移相器的制作。铁氧体移相器的移相原理是通过施加外加磁场改变铁氧体的磁导率, 进而改变电磁波的相速度, 完成对传输相位的调控。 随着1957年Reggia-Spencer互易性铁氧体移相器的出现, 铁氧体移相器得到了迅速的发展。该移相器中当铁氧体棒的长度较短时可以得到大的互易相移, 但相移量在一定程度上对工作频率具有较高的敏感性。雷贾-斯本塞移相器因其具有移相量大、插入损耗小、互易性好等优点曾在S波段相控阵雷达使用。但同时涡流损耗大、开关时间长、功率容量较低等缺点制约了该移相器的进一步发展。铁氧体移相器经过几十年的发展, 目前已趋向成熟, 在相控阵雷达中得到广泛的应用, 除了互易类型, 也出现了非互易型铁氧体移相器, 通过结构设计可改变铁氧体移相器的移相特性, 目前常用的铁氧体移相器类型主要有环形移相器, 双模移相器和旋转场移相器等。 总体来看, 铁氧体移相器具有承受功率高、插入损耗小、移相精度高、工作带宽等优点。但由于需要偏置线圈提供外加磁场, 体积庞大, 结构复杂, 不易于小型化, 且对外部温度环境要求较高, 因此在实际应用中存在着一定的局限性。 以上就是小编这次想要和大家分享的有关移相器的应用以及铁氧体移相器的内容,希望大家对本次分享的内容已经具有一定的了解。如果您想要看不同类别的文章,可以在网页顶部选择相应的频道哦。

    时间:2021-03-22 关键词: 模拟移相器 铁氧体移相器 移相器

  • 微控制器控制模拟移相器

    微控制器控制模拟移相器

    移相器广泛应用于各种电路,但由于在放大器中的偏差以及电容公差,通常很难实现电路精确控制所需的精确移相。图1中的电路利用AD5227 64步递增/递减数字电位器IC3可以控制输入到输出的移相,并替换电阻值。计算输出中心频率的公式为:FCENTER=1/(2×π×R×C)。AD5227可以取各种不同范围的电阻值。该例子中的电阻为10kΩ。通过步进64个点,720kHz输入正弦波可以从0度到360度循环若干次。AD5227作为一个电位器,A和B为两端,W为擦拭器。 该例子中应用了具有20MHz晶振频率的PIC16F84微控制器IC2。该微控制器在理论上的潜在性能为5MIPS,可在锁相环(PLL)电路中用于多种用途。也可用任何微控制器,甚至一个现场可编程门阵列(FPGA)控制AD5227。

    时间:2018-11-01 关键词: 微控制器 模拟 电源技术解析 控制 移相器

  • 一种相位调制的微波移相实现新设计

    摘要 相位调制有多种实现方法。常见的是正交调制。文中提出了一种采用微波移相技术实现相位调制的新设计,通过与正交调制方法进行对比,实现了2,8,16,32和64相的相位调制。实测表明,文中设计的移相误差<1.2°,误码率达到了常见的正交相位调制实现技术的误码水平。此外新设计无需常见的正交相位调制实现技术所必须的数模转换器、正交调制器和混频器,使系统得以简化,且成本有所降低。 相位调制有多种实现方法,既有模拟方法,也有数字方法。近年来,随着数字技术和软件无线电技术的发展,数字通信逐渐成为主流。相位调制技术研究也主要集中在数字方法方面。文献提出基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字相位调制的实现方法,并采用直接频率合成技术和查找表技术,在一片FPGA芯片上实现适用于卫星通信的相位调制技术。但由于其对数字处理芯片的处理速度要求较高,所以其应用仅限于专业研究领域。文献介绍了数字通信系统中相位调制的多种实现方法,包括模拟相位选择方法、键控相位选择法和正交调制法。模拟相位选择方法和键控相位选择法是早期基于模拟相位调制的实现方法,目前已很少使用。而正交调制法适应了数字技术的发展需要,能实现绝对调相和相对调相,也可实现多进制调相,是目前最常用的相位实现方法。但正交调制法需要与数模转换器件及正交调制器联合使用,有时还需上变频器,因此成本较高。 当前,微波移相技术得到了广泛研究。而简单、低成本的移相实现技术一直是研究的热点,文献设计了一种新型的适用于相控天线阵的Radant透镜式移相器,但对其在相位调制系统中的应用未作研究。文献提出一种基于微波移相系统的PSK调制技术,但对设计的测试结果缺乏深入的对比和分析,本文结合相位调制和微波移相技术提出了采用正交调制和微波移相两种方法实现相位调制的新设计。实现了2,4,8,16,32和64相的相位调制,同时对其进行了对比。实际测试表明,采用该技术制作的无线发射系统进行通信,误码率达到了常用正交调制器的误码水平,结构简化、成本更低。 1 相位调制的新设计 M相相位调制的载波信号为 Sk(t)=Acos(ωct+θk) (1) 其中,A是常数,由发射机的发射能量决定;ωc是载波角频率;θk是由第k个基带数字信号比特位决定的载波相位,θk∈{2πi/M+θ},i=1,2,…,M-1;θ为初相;M=2,4,8,16,32,64等。 M-PSK信号矢量星座图如图1所示。 新设计的框架如图2所示,结合了两种方案。一种是传统的正交调制方法,在图2中用“The Orthogonal Method”表示,其包括一个数模转换器件(DAC)、一个正交调制器(OM)、一个中频数字频率合成和压控振荡器(IF-NCO)以及一个上混频器(mixer)。其中,DAC将来自FPGA的基带数字信号转换为模拟信号。OM用输入的基带信号调制IF-NCO输入的中频余弦信号。mixer将正交调制后的信号和来自NCO角频率为ωc-ωi的余弦信号混频后形成最终的已调载波。 图2的上半部分是采用微波移相实现相位调制的新方法,表示为“The New Method”。整个系统以FPGA为核心,包括一个NCO和一个微波调相网络WPN。NCO和WPN在FPGA的控制下协调工作。NCO在FPGA的控制下产生余弦载波信号cos(ωct)。余弦载波信号cos(ωct)经过微波调相网络WPN时,FPGA根据基带信号按照图1的星座图控制WPN,使载波的相位按式(1)变化,实现载波信号的相位调制。可以看到,两种方案的已调载波均经过微波调相网络WPN,这样做是为了保证在基带信号相同时两种方案均具有相同的信噪比(SNR),通过改变FPGA的程序便可比较其性能。微波调相网络WPN是本设计的关键部分,此处采用6位数字移相器实现。 MPN是新设计的核心,由6个级联的基本移相单元(BPSC)组成。每个BPSC由两个射频开关(SW)和两根长度不同的微带线组成。在FPGA的控制下,BPSC选择载波经过的微带线,两条微带线的电长度之差即为移相角度。6个移相网络单元之间相互独立,串联组成6位数字移相器,开关ON时移相,开关OFF时不移相。6位数字移相器实现的相移度数分别为5.625°、11.25°、22.5°、45°、90°、180°,其结构如图3所示。 由图3可看出,FPGA通过6根信号线分别控制6个移相网络单元实现移相。当控制信号为0时,移相网络单元选择短微带线为通路,长微带线为开路。当控制信号为1时,移相网络单元控制长微带线导通,短微带线断开。而当控制两条微带线的通断即可实现射频信号的固定相移。整个移相器电路可分为两部分:移相网络和控制网络。移相网络包括微带线和射频开关,实现射频信号的移相。控制网络包括FPGA和反相器,实现对射频开关工作状态的控制。实际的移相网络电路如图4所示。图4是一个完整的射频前端电路,不仅包括MPN,还包括射频放大和电源部分。 根据式(1),对2相相位调制,θk=180°或0°,只需控制K6的状态,其余开关OFF便可实现调相。 对4相相位调制,θk是90°的倍数,只要控制K5和K6的状态,其余开关OFF便可实现调相。 对8相相位调制,θk是45°的倍数,只要控制K4、K5和K6的状态,其余开关OFF便可实现调相。 对16相相位调制,θk是22.5°的倍数,只要控制K3、K4、K5和K6的状态,其余开关OFF便可实现调相。 对32相相位调制,θk是11.25°的倍数,只要控制K2、K3、K4、K5和K6的状态,其余开关OFF便可实现调相。 对64相相位调制,θk是5.625°的倍数,控制K1、K2、K3、K4、K5和K6的状态便可实现调相。 另外,如果设所有开关均OFF的状态对应的载波初相为0,则移相器还可实现载波初相选择。例如,要实现图1中初相度数θ=45°的星座图,只需K4处于ON,然后控制K5K6的状态即可。 2 仿真和测试 MPN的设计采用ADS软件包实现并仿真。设计采用厚度为1.6 mm、介电常数为2.2的Rogers板材,损耗角正切(Loss Tangent)为0.003 5。工作频率为3.8~4.0 GHz。射频开关选用Hittite公司生产的GaAs单刀双掷开关HMC536,插入损耗仅为0.3 dB,符合设计要求。仿真与测试结果如表1所示。由表可见仿真和测试误差均<1.2°,达到了设计和应用要求。 由于其共享射频前端电路,所以两种方案只有软件上的差别,只需控制FPGA的基带数据便可比较其性能。测试时两种方案均采用相同的基带数据,硬件环境保持一致,只修改软件就可进行对比测试。两种方案的性能对比如图5所示,其中横轴为接收信噪比(SNR),纵轴为接收误码率(BER)。“new”表示新设计方案,“orthogonal”表示传统的正交调制方案。由图5可见,采用新技术制作的无线发射系统的性能达到了正交调制实现技术的误码水平。且新设计无需正交调制实现技术必须的正交调制器和混频器,使系统得以简化,并使成本降低。尤其是当该技术应用于天线阵系统时还能够采用同一个调相网络同时实现相位调制和波束合成,使系统得到了进一步简化。 3 结束语 由图5可见,采用新技术制作的无线发射系统性能达到了正交调制实现技术的误码水平。新设计无需正交调制实现技术必须的正交调制器和混频器,使系统简化、成本降低。尤其当该技术应用于天线阵系统时,能够采用同一个调相网络同时实现相位调制和波束合成,使系统进一步简化。例如,当该系统用于BPSK调制时,由于K1、K2、K3、K4、K5处于空闲状态,所以可以用于波束合成。如果该系统的串联级数增加,还可以实现更加精细的波束合成。

    时间:2014-04-16 关键词: 正交调制 误码率 相位调制 微带线 移相器

  • 0-90°移相器电路图

    0-90°移相器电路图

    应用在自动绘图仪,用于测量肖特基栅极太阳能电池电容-电压特性。被测二极管连接如下图所示。IC方波输出相位,可以通过调整R3,从0到90°不断转移。文中给出了坡道电路和设计方程式。 

    时间:2013-03-13 关键词: 电路图 90 模拟电路 移相器

  • 具有0°至360°相移的移相器电路

    具有0°至360°相移的移相器电路

    时间:2012-09-09 关键词: 电路 360 模拟电路 相移 移相器

  • 移相器波形图电路图

    移相器波形图电路图

      

    时间:2010-07-07 关键词: 电路图 数字电路 波形图 移相器

  • 一种90°分布式MEMS 移相器的设计

    0 序言近年来随着射频微机械技术的发展,MEMS移相器越来越受到人们广泛关注,已经成为人们主要研究的MEMS器件之一。与传统的移相器相比,MEMS移相器多采用半导体材料作衬底,用微机械加工技术制备,具有频带宽、损耗小、成本低、超小型化、易于与IC、MMIC电路集成等优点,因此在微波及毫米波控制电路中具有广泛的应用前景【1】。美国密歇根大学的Barker博士通过在共面波导上周期加载MEMS 金属桥的方法,首先实现了毫米波段宽频带的MEMS移相器,如图1 所示,它的基本原理是通过改变MEMS 金属桥的高度来改变传输路径上的相移常数,从而达到改变相移的目的【2】。本文基于电容耦合式MEMS开关,设计出一种90° 分布式MEMS移相器。1 分布式MEMS移相器的工作原理分布式MEMS移相器的基本设计思想是在共面波导上周期性的加载有高电容比率的MEMS可动薄膜桥,从而增加共面波导与地之间的分布电容,使共面波导传输线成为一个慢波系统,起到相位延迟的作用【3】。在线上施加一个直流偏压,可以改变分布式电容,引起传输线参数的变化,从而改变电磁波的相位。相移量大小由MEMS单元电容的比率(  )和传输线自身电容所决定。分布式MEMS移相器工作在移相时的等效电路图如图2所示【4】。1 C 和1 L 分别是CPW传输线的分布电容和电感。则特性阻抗为:相速度为:2 Ka 波段下90°分布式MEMS 移相器的优化设计设计指标:通带34-38GHz,带内衰减小于0.5dB,起伏小于0.4dB,S(21)的相移在85°到95°之间。反射损耗在36GHz 频率上小于-20dB。通过在共面波导信号线上贴敷低介电常数的薄层绝缘介质,使得MEMS金属桥与共面波导信号线在“关”态下形成MIM电容的方法,实现了提高“关”“开”两种状态下的电容比,从而提高了单位长度上的相移量。同时,该结构也避免了因为单个桥下落到信号线上造成短路而使移相器失效的问题【5】。从小型化等效电路出发,该移相器工作在移相时的仿真原理图如图3所示:图4-6是使用ADS计算得出的仿真结果。由以上三个图可以看出移相器的损耗在-1dB以内,在中心频率36GHz的反射系数小于-20dB,插入损耗大于-0.042dB,中心频率时相移为90°,相移精度±5° 以内。而且这种分布式MEMS移相器仍然可以在较宽的频带内获得良好的线性度.。优化得出W=19 μm,L=134 μm,C=25 fF 。下面通过ADS 优化得出电容的尺寸。通过来设定优化目标函数。我们都知道这个公式:由此算得出 的值。得到了这个值便可以优化出了电容几何尺寸的最佳值了。由ADS计算得出电容几何尺寸为:W= 0.18mm,L= 1.63mm (7)3 结语分布式MEMS移相器的发展是越来越快了,在传统的分布式MEMS移相器结构的基础上,使用在共面波导信号线和MEMS金属桥之间贴敷低介电常数绝缘介质的方法,实现了两种工作状态下的高电容比,从而提高了单位长度的相移量。本文中我着重从小型化等效电路出发,分析了最简单的一种设计方法,没有考虑金属的等效阻抗的一种理想的电路模型。通过计算机仿真,移相器的反射损耗在通带4GHz内小于-20dB,插入损耗大于-0.044dB,为了达到90°的相移量,只需3个MEMS金属桥即可。这大大缩小了移相器的总体尺寸,提高了工作的可靠性。

    时间:2010-03-24 关键词: mems 分布式 移相器

  • 微控制器控制模拟移相器

     移相器广泛应用于各种电路,但由于在放大器中的偏差以及电容公差,通常很难实现电路精确控制所需的精确移相。图1中的电路利用AD5227 64步递增/递减数字电位器IC3可以控制输入到输出的移相,并替换电阻值。计算输出中心频率的公式为:FCENTER=1/(2×π×R×C)。AD5227可以取各种不同范围的电阻值。该例子中的电阻为10kΩ。通过步进64个点,720kHz输入正弦波可以从0度到360度循环若干次。AD5227作为一个电位器,A和B为两端,W为擦拭器。              该例子中应用了具有20MHz晶振频率的PIC16F84微控制器IC2。该微控制器在理论上的潜在性能为5MIPS,可在锁相环(PLL)电路中用于多种用途。也可用任何微控制器,甚至一个现场可编程门阵列(FPGA)控制AD5227。

    时间:2009-03-03 关键词: 微控制器 制模 移相器

  • 一种新型BST薄膜移相器的电路设计

    摘要:采用铁电材料钛酸锶钡(BST)的薄膜移相器以其成本低廉、响应速度快、频带宽、体积小、重量轻、控制简单等诸多优点而引起关注。本文对BST薄膜移相器的设计模型进行研究分析,提出了一种新型的电路结构,在BST材料移相器的大移相量和尽可能低的损耗一对矛盾中找到一个平衡点。并通过ADS仿真验证了这一新型电路。 关键词:铁电材料;BST薄膜;移相器;ADS仿真 1 BST材料的特性    铁电材料钛酸锶钡(BST)具有低损耗角正切,高介电常数变化率,极化速度快,耐击穿电场大等优点。其相对介电常数具有随电场变化的非线性特性,即铁电体的非线性效应。    利用非线性效应,可以通过改变外加电场的电压以获得不同的介电常数值,从而实现微波相移。铁电材料的可调性对相移量产生影响,其可调性定义为:    △εr/εro         (1)    当电压Vo变到Vapp,△εro=εro-△εapp。     在设计移相器时,希望能得到尽可能高的电可调性和尽可能低的损耗。但采用BST材料时,高电可调性和低损耗互为矛盾,表现在两个方面。一是随着材料中Ba含量的提高,其电可调性增加,而损耗也随之增加;二是BST薄膜厚度增加,其电可调性增加,同时损耗也增加。因此,在设计之初,应该权衡好电可调性与损耗,以便获得较大的相移和可以容忍的损耗。 2 电路设计模型    利用BST材料的非线性效应,可以设计加直流偏压的可调电容,从而设计出分布式电容共面波导结构式移相器。所谓分布式是指可变电容一个单元一个单元周期排列的安置方式。电路原理图如图1所示。传输线上周期安置着一系列压控可变电容。电容的变化会改变传输线的特性阻抗,使微波信号移相。由于采用了共面波导和分布式安置,所以整个电路呈对称结构,移相器具有互易性,可以兼顾收、发信号,同时使设计和制造更简单。其中可变电容Cvar即BST可变电容。     相移量大小由BST单元电容的比率(Cminvar/Cmaxvar)和传输线自身电容所决定。对于共面波导(CPW)传输线来讲,C1、L1为每个单元线的等效电容与等效电感,可分别由式(2)和式(3)表示:         其中,Zo是传输线的特性阻抗,C是真空速度,εeff是CPW有效介电常数。    CPW的Zo和εeff可以通过式(4)运算得到:         K(k)表示第一类完全椭圆函数,K’(k)表示第一类椭圆余函数。        这样,移相器的结构设计与参数修调都可自成系统,只需变换可变电容的形式,就可以衍生出多种特性的新型移相器。电路的结构设计由以下几个方程共同给出:             其中,Lsect为可变电容间距,fbragg是微波电路的截止频率。这种设计的优势在于可以方便地实现阻抗匹配,即在最大移相时,可变电容Cvar最大,传输线阻抗应为50 Ω。在此条件下,很容易确定整个传输线的电路结构。 3 新型移相器设计    设计移相器时,希望能够得到尽可能大的相移和尽可能小的损耗。要得到大的相移就需要高可调性,由前文可知,由于BST材料本身的原因,高可调性和低损耗互为矛盾,二者不可能兼得,那么势必需要在二者之间进行权衡。有时不得不牺牲一定的相移,来得到较好的损耗。但是,科技的进步就在于人们不断挑战极限,总是希望能够做到更好,来获得低损耗而尽可能地少牺牲相移量。这也是本文的着重点。对于分布电容共面波导结构移相器来说,其损耗主要有以下原因:一是电路端口的匹配问题,二是传输线的传输损耗,三是加载的BST电容单元格之间产生的不匹配问题。对于前两个原因,可以通过公式计算和电路仿真,尽量做到最佳匹配和最小损耗。而对于原因三,本文也提出了一种新颖的设计方案。    在研究早先的移相器之后,发现分布电容共面波导结构移相器一般都是周期分布的,即加载的每个电容均为统一大小。如果不采用这种统一大小的电容加载,而改为不同电容值呈周期变化加载,是否可以得到较好的结果?通过一系列的设计、调试、仿真,笔者找到了一种较好的电容排列分布,得到了一种高相移量、低损耗的移相器。    首先,确定好CPW的尺寸。设定频率为9GHz,采用εr=25的介质基板,W=0.315 mm,G=0.6695mm,Zo=100 Ω,根据公式(4)、(2)、(3)可得:C1=60X10-12/m,L1=60xl0-8/m。     为了满足布拉格频率,取Lsect=0.7 mm,由式(6)、(7)可得:Ct=42fF,Lt=420 pH。    这样,可以通过图1所示的电路结构来用ADS进行仿真。选取单个可变电容最大值分别为60 fF、65fF、70 fF、75 fF,最小值为40 fF、42.5fF、45 fF、47.5 fF。因为CPW电路每个单元都是两个可变电容并联,这样ADS仿真时的电容值是上述值的2倍。将上述四种电容值的可变电容周期性排列,即60fF、65 fF、70 fF、75 fF、70fF、65 fF循环排列,得到了比单一电容值排列时更大的相移和更小的损耗。ADS仿真电路如图2所示。     为了使相移和损耗的区别更加明显,进行了72个单元组的仿真。比较结果如图3、图4、图5所示。均匀加载电容移相器指单一加载可变电容最大值为65 fF、最小值为42.5 fF的移相器,非均匀加载电容移相器即为上述采用循环排列组合的可变电容加载的移相器。 4 结束语    BST材料的高电可调性和低损耗相互矛盾,设计时只能尽力做到大相移和低损耗。通过本文给出的排列组合方式加载,可以寻求到相移和损耗之间的平衡点,即相移量比四种可变电容值中较小的电容单一排列时大,而损耗要比较大的电容单一排列时小。目前,只寻求到这样一个比较有效的排列方式,相信通过进一步的研究,还可以提出更多更优的组合方式。

    时间:2008-02-26 关键词: 薄膜 电路设计 bst 移相器

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