基于ADS仿真的S波段五位数字移相器设计

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1、第22卷第3期空军雷达学院学报Vol.22No.32008年9月JournalofAirForceRadarAcademySep.2008文章编号：1673-8691(2008)03-0184-03基于ADS仿真的S波段五位数字移相器设计万建岗1，高玉良2，许明2（1．空军雷达学院研究生管理大队，武汉430019；2．空军雷达学院电子对抗系，武汉430019）摘要：为了使移相器的电路性能与体积重量满足有源相控阵雷达T/R组件的要求，设计了一种S波段五位数字移相器．该移相器由5个移相位级联而成，小度数移相位采用加载线型电路结构，大度数移相位

2、采用改进型开关线结构；通过微波仿真软件ADS进行电路优化设计，在2.7GHz~3.1GHz频率范围内均方根相位误差小于3°，插入损耗小于3dB，输入驻波比小于1.4dB．仿真结果表明，该设计满足T/R组件的要求．关键词：S波段；数字移相器；PIN二极管；ADS软件中图分类号：TN623；TN821.8文献标识码：A数字移相器是有源相控阵雷达T/R组件中的电长度不同而产生相移．关键器件，整个雷达依靠移相器来实现波束在空PIN二极管是常用的微波控制元件，具有插损中的扫描，移相器的相移精度和响应速度等指标小、反应时间短、体积重量小、对温度变化稳

3、定性的好坏，直接影响到系统波束在空中定位的准确好等优点，所以本文采用PIN二极管作为控制元性和波束主瓣对旁瓣的抑制度高低．有源相控阵件．整个移相器由5个移相单元串联而成，每个移雷达天线一般由成百上千个相同的T/R组件组成，相单元是一个独立设计的二态移相器，各有2个为降低成本，减小尺寸，提高T/R组件可靠性和通状态，在各自的PIN开关二极管控制下，实现相应用性，需要对T/R组件进行标准化、模块化设计，的相位变化，通过改变各位移相器的PIIN偏置电这就要求移相器还要具有尺寸小、重量轻、功耗压，可以使得移相器系统在0°~360°范围内，以5低、

4、成本低的特点．当今数字移相器的设计主要采11.25°为步进，实现2=32个相移状态．该移相器用单片微波集成电路（MMIC）技术，将单独设计的系统如图1所示．几位移相单元级联起来并集成在一块半导体晶片RF输入RF输出11.25°22.5°45°90°180°上以实现数字移相功能．目前国际上已研制出多1,2种MMIC移相器，其性能以及体积重量已经达35图1五位移相器系统到很高的水平，国内也开展了MMIC移相器电6路研制工作，但电路性能与电路尺寸尚不能同时由于加载线型移相器在实现小相移时，具有满足T/R组件的要求．结构简单、插入损耗小、驻波比低

5、、移相精度高等本文首先简述了数字移相器的设计原理，按特点，所以11.25°，22.5°，45°移相位采用加载线型照先独立后整体的思路，先独立设计5个移相单电路结构，图2为二元加载线移相器的电路结构．元，再将5个移相单元级联构成五位数字移相器，为获得最佳的驻波比，并联支节之间的传输线段在确定各移相单元的电路结构后，给出了应用微通常取/4，同时为了尽量减小电路复杂程度，在波仿真软件ADS进行电路优化仿真．仿真结果表电路中避免阻抗变换，主传输线和并联支节微带明，移相器各性能参数满足设计指标．线特性阻抗都为50．对于90°和180°移相位通常采用

6、反射型和开1数字移相器的设计原理关线型移相结构，反射型移相器移相精度高，但结数字移相器一般由微波开关、传输线或电抗构复杂，尺寸较大；开关线型移相器结构简单，但元件构成．改变微波开关的控制偏压，移相器电路存在固有移相偏差，在工作频带内，距离中心频率呈现开关2种状态，信号在开关两态传输的等效越远，相移量偏离越大，很难在整个频带内达到所收稿日期：2008-05-04；修订日期：2008-05-20作者简介：万建岗(1984)，男，硕士生，主要从事雷达收发技术研究.第3期万建岗，等：基于ADS仿真的S波段五位数字移相器设计1851在ADS软件的原

7、理图编辑器界面下，按照图2和1图3中的电路结构，分别构造11.25°和90°移相单Y1jB±jB±Y1Y1元子电路，2个不同偏置电压(Ud)对应2个单元子Y2Y22电路，使得PIN二极管分别处于“开”或“关”状态，UY1YY1这2种状态的传输相位之差即是移相单元的相移量．(a)电路结构(b)等效电路偏置网络控制PIN管的开关状态，应该使射频图2二元加载线移相器结构信号不漏入偏置电路，而偏置电路也不干扰微波要求的相移精度，因此本文选用如图3所示的一传输，偏置电路如图4所示，偏压线可由四分之一种改进型的开关线移相器7．利用加载线移相器原波长高

8、阻抗线直接引出连接2个二极管，同时控理，在开关线移相器的一条支路上并联电纳，使得制2个二极管的状态．2条支路上的传输相位曲线斜率相接近，从而减小射频电路2条支路的固有相移偏差，以达到提高相移精