移相器的原理

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1、第三章移相器的原理19移相器是控制信号相位变化的控制元件，广泛地应用于雷达系统、微波通信系统和测量系统。依据不同的定义方法，移相器可以划分为不同的种类。根据控制方式的不同，有模拟式和数字式：根据工作方式的不同，可以分为反射型和传输型：此外，根据电路拓扑的不同，移相器还可以分为加载线型、开关线型或开关网络(高通／低通滤波器)型等。在这一章节中，介绍了移相器的基本移相原理和主要性能指标要求，描述了各种类型移相器的工作原理、电路拓扑图和移相器电路设计技术；分析了不同电路的工作原理，并对典型的移相器电路应用实例以及移相器电路的发展进

2、行了分析。3．1．1移相器的原理3．1基本移相器原理及技术指标移相器有多种类型，适用于不同的应用环境，为了从原理上理解各种类型移相器之间的差别，有必要就移相器的基本移相原理进行简单介绍。首先定义相位移移相器和时延迟移相器【211。相位移移相器的定义为在工作频率带宽上具有平坦群延迟的频率响应，波前平面不随插入相位的变化而改变的控制器件。它具有如下两个特性：1．对不同的相对相位移，具有平坦的频率响应；2．具有固定的群延迟。(输入射频信号脉冲包络的时序不变)图3．1．1相位移移相器的插入相位趔罂靛翼图3．1．2相位移移相器的相对相

3、位移留制枯所有图3．1．3相位移移相器的群延时X波段五位数字式移相器的研究图3．1．1、3．1．2以及3．1．3所示为相位移移相器的频率特性。相位移移相器可以应用于多路间隔不同脉冲的接收一合并机中，将射频信号对位在脉冲的包络内而不改变脉冲边沿的时序。然而，由于“相位偏斜”和“脉冲展宽”效应的限制，相位移移相器无法应用于大孔径相阵天线的宽带波束形成网络中。时延迟移相器定义为在工作频率带宽上具有平坦的群延迟频率响应，但波前平面随插入相位的变化而改变的控制器件。它具有如下两个特性：3．具有线性的相对相位移频率响应，其梯度随相对相位

4、移的变化而改变；4．具有波前平面不同、平坦的群延迟频率响应。(导致输入射频信号脉冲包络时序的改变)时延迟移相器的一个特殊例子是延迟线移相器，由下式定义：△F垒兰墨l!生(3—1—1)这里△f为群延迟中的相对延时，△么岛，(co)为角频率为缈时的相对相位移。趟嚣一<鞲掣罂霞罂图3．1．5时延迟移相器的相对相位巷烈枯参考∞图3．1．4时延迟移相器的插入相位图3．1．6时延迟移相器的群延迟图3．1．4、3．1．5以及3．1．6所示为时延迟移相器的频率特性。时延迟移相器在宽带微波信号处理系统中有着广泛的应用，如相阵天线的波束形成网络

5、中。需要指出的是，由于电路元件的非理想化，相位移移相器有可能呈现出延迟线移相器的频率特性，反之亦然。3．1．2移相器的主要技术指标移相器的技术指标主要有[22-241：工作频带、相移量、相位误差、插入损耗、插损波动、电压驻波比、功率容量、移相器开关时间等。第三章移相器的原理2l-_一l、工作频带移相器工作频带是指移相器的技术指标下降到允许界限值时的频率范围。数字移相器大多是利用不同长度的传输线构成，同样物理长度的传输线对不同频率呈现不同的相移，因此移相器工作频带大多是窄频带的。2、相移量移相器是两端口网络，相移量是指不同控制

6、状态时的输出信号相对于参考状态时输出信号的相对相位差。对于数字移相器，通常要给出移相器的位数或者相位步进值。N位移相器可以提供M=2州个离散的相位状态。3、相位误差对于一个固定频率点，实际相移量的各步进值围绕各中心值有一定偏差；在频带内不同频率时，相移量又有不同值。相位误差指标有时采用最大相移偏差来表示，也就是各频点的实际相移和理论相移之间的最大偏差值；有时给出的是均方根(RMS，root．mean．square)相位误差，是指各位相位误差的均方根值。RMS误差的计算公式为：△E(RMS)：、／坐—丝旦型丝兰丝(3--1--

7、2)Y刀其中M，、D，(f=1，⋯，n)分别为实际中测量和理想值。4、插入损耗和插损波动插入损耗的定义为传输网络未插入前负载吸收功率与传输网络插入后负载吸收功率之比的分贝数，用IL表示：11,=一2019lS2lI(3—1—3)移相器是由微波开关和传输网络共同实现的，在两种相移状态下由于传输路径不同，以及非理想开关在“导通”和“截止”两种状态时的插入损耗不同等因素，都会造成两种状态时移相器的插入损耗不同，这就使输出信号产生寄生幅度调制，对整个电路的性能造成不利影响，因此实际应用中要求移相器的插入损耗波动尽量小。5、电压驻波比

8、传输线上相邻的波腹点和波谷点的电压振幅之比为电压驻波比，用VSWR表示。通常，为了避免器件的引入而对前后电路性能造成影响，要求器件的输入、输出VSWR尽量小。6、开关时间和功率容量开关元件的通断转换，有一个变化的过程，需要一定的时间，这就是开关时间。移相器的开关时间主要取决于驱动器和所采用