專利名稱：多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種主要用于移動通信、雷達(dá)、電子對抗、制導(dǎo)和儀器等電子系統(tǒng)和設(shè)備中的部件，屬于砷化鎵微波單片集成控制電路的在多倍頻程砷化鎵微波單片集成控制電路技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)。由于兼容多種極性控制信號的多倍頻程砷化鎵微波單片集成電路的數(shù)字、模擬移相器具有工作頻率范圍寬、體積小、重量輕、開關(guān)速度快、無功耗、可靠性高和系統(tǒng)使用時不需要控制信號極性轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路可減小系統(tǒng)復(fù)雜性等顯著優(yōu)點，在許多現(xiàn)代最先進(jìn)的電子系統(tǒng)和設(shè)備中倍受歡迎。描述這種產(chǎn)品性能的參數(shù)和主要技術(shù)指標(biāo)有1)工作頻率帶寬；2)相移位數(shù)；3)相移精度(或線性度，模擬移相狀態(tài))；4)插入損耗；5)各態(tài)插入損耗差；6)輸入和輸出端電壓駐波比；7)開關(guān)速度；8)芯片尺寸；9)輸出功率1分貝壓縮；10)芯片間電性能一致性；11)控制端的數(shù)目；12)能否兼容多種極性控制信號。
同類產(chǎn)品由于設(shè)計采用的電路拓?fù)浜凸に噷崿F(xiàn)途徑的缺陷，存在下列缺點1)相移精度低；2)輸出和輸出端電壓駐波比差；3)受工藝控制參數(shù)影響芯片間電性能一致性差；4)芯片間電性能一致性受工藝控制參數(shù)影響小的方案，其插入損耗和各態(tài)插入損耗差指標(biāo)差；5)芯片尺寸較大；6)工作頻率帶寬較窄；7)成品率較低；8)控制端較多；9)不可兼容多種極性控制信號及使用不便。
本實用新型的發(fā)明目的就是提供一種能提高相移精度，改善輸入和輸出端電壓駐波比，使芯片間電性能一致性受工藝控制參數(shù)影響最小，減小插入損耗和各態(tài)插入損耗差，減小芯片尺寸，展寬工作頻率帶寬，提高成品率，使控制端口最少，并可兼容各種極性控制信號，減小系統(tǒng)復(fù)雜性的多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器。
本實用新型由一個180度位移相電路、一個90度位移相電路、一個45度位移相電路、一個22．5度位移相電路、一個11．25度位移相電路相串聯(lián)所組成，180度位移相電路的輸入端為信號輸入端，180度位移相電路輸出端接90度位移相電路輸入端，90度位移相電路輸出端接45度位移相的輸入端，45度位移相電路輸出端接22．5度位移相電路的輸入端，22．5度位移相電路輸出端接11．25度位移相電路的輸出端，11．25度位移相電路的輸出端為信號輸出端，每位移相電路均連接同一參考電壓VR，相應(yīng)控制端為K1-K5。180度位移相電路和90度位移相電路為反射型數(shù)字、模擬兼容移相電路，45度位移相電路、22．5度位移相電路、11．25度位移相電路均為高低通傳輸型數(shù)字模擬兼容移相電路。構(gòu)成180度位移相電路和90度位移相電路的反射型數(shù)字模擬兼容移相電路分別由對稱于微帶多指型耦合器L1或L2的上下兩部分兼容多極性電平單元電路構(gòu)成，其中在微帶多指型耦合器L1上部的兼容多極性電平單元電路中，場效應(yīng)晶體管T1的源極接電容器C3，電容器C3的另一端接微帶線X3，微帶線X3的另一端接微帶多指型耦合器L1，晶體管T1的漏極接一個電容器C2和一個電阻R17，電容器C2的另一端接地，電阻R17的另一端接參考電壓VR，晶體管T1的柵極通過電阻R1與控制端K1相接。22．5度位移相電路、11．25度位移相電路由單個的串接兼容多極性電平單元電路構(gòu)成，45度位移相電路由兩個單個串接兼容多極性電平單元電路串聯(lián)構(gòu)成，其中組成11．25度位移相電路的單個串接兼容多極性電平單元電路以三個相串聯(lián)的晶體管T14、T15、T16組成，該三個晶體管的柵極分別通過電阻R14、R15、R16與控制端K5相接，在晶體管T14的源極與漏極之間并聯(lián)有電阻R35，在晶體管T15的源極與漏極并聯(lián)電阻R34和電容C16，在晶體管T16的源極與漏極之間并聯(lián)有電阻R33，微帶線X22接在晶體管T14的漏極，微帶線X23接在晶體管T16的漏極，微帶線X21的一端接電阻R34，另一端為信號輸出端，微帶線X20的一端接電阻R34，另一端為信號輸入端。
本實用新型優(yōu)點在于1)180度和90度位改善了相移精度；輸入和輸出駐波、插入損耗和各態(tài)插入損耗差、芯片間電性能受工藝控制參數(shù)影響的離散性；展寬了工作頻率帶寬；減化了電路結(jié)構(gòu)和工藝流程；提高了成品率；減少了控制端并可以兼容多種極性控制信號；同時具備數(shù)字和模擬移相功能(當(dāng)控制信號電平為VR時導(dǎo)通，當(dāng)控制信號為VR-|VP|時關(guān)斷，VP為場效應(yīng)晶體管夾斷電壓。T1和T2或T3和T4只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)時，為數(shù)字移相狀態(tài)。當(dāng)T1和T2或T3和T4的控制電平從VR-|VP|到VR之間均勻變化時其插入相移也均勻變化，為模擬移相狀態(tài))。
2)45度、22．5度、11．25度位改善了相移精度；大大減小了芯片尺寸、改善了輸入和輸出駐波、插入損耗和各態(tài)插入損耗差、芯片間電性能受工藝控制參數(shù)影響的離散性；展寬了工作頻率帶寬；提高了成品率；減少了控制端并可以兼容多種極性控制信號；同時具備數(shù)字和模擬移相功能(當(dāng)T5、T6、T7、T8、T9和T10或T11、T12和T13或T14、T15和T16只有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)時，為數(shù)字移相狀態(tài)。當(dāng)T5、T6、T7、T8、T9和T10或T11、T12和T13或T14、T15和T16的控制電平從VR-|VP|到VR之間均勻變化時其插入相移也均勻變化，為模擬移相狀態(tài))。


圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)框圖。其中包括180度位移相電路(A)、90度位移相電路(B)、45度位移相電路(C)、22．5度位移相電路(D)和11．25度移相電路(E)、參考電壓端VR以及控制端K1、K2、K3、K4、K5，信號輸入端P1，信號輸出端P2。
圖2是本實用新型的電原理圖。
本實用新型的實施方案如下
本實用新型的多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器主要由一個180度位移相電路(A)、一個90度位移相電路(B)、一個45度位移相電路(C)、一個22．5度位移相電路(D)、一個11．25度位移相電路(E)五部分串聯(lián)而成，以下對該五部分的實施方案和工作原理分別進(jìn)行描述。
1)180度位移相電路(A)它由兩只砷化鎵開關(guān)場效應(yīng)晶體管(T1、T2)、微帶線X1-X4、微帶交指結(jié)構(gòu)耦合器L1、電阻(R1、R2、R17、R18、R36、R37)、電容C1-C6、通孔接地端、控制端K1和參考電壓端VR組成。微帶線X3一端接微帶交指型耦合型L1，另一端接C3和R36，R36另一端接C1一端，C1另一端接地，C3另一端接場效應(yīng)管T1，T1另一端接C2和R17，C2另一端接地，R17另一端接VR。X4一端接微帶交指型耦合型L1，另一端接C4和R37，R37另一端接C5一端，C5另一端接地，C4另一端接場效應(yīng)管T2，T2另一端接C6和R18，C6另一端接地，R18另一端接參考電壓端VR?？刂贫薑1通過電阻R1與場效應(yīng)管T1柵極相接，通過電阻R2與場效應(yīng)管T2柵極相接。工作時，參考電壓端電平為VR，控制端K1電平為VR時，T1、T2為導(dǎo)通態(tài)，控制端K1電平為VR-|VP|時，T1、T2為關(guān)斷態(tài)，兩種狀態(tài)下多倍頻程傳輸信號相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
2)90度位移相電路(B)它由兩只砷化鎵開關(guān)場效應(yīng)晶體管(T3、T4)、微帶線X5-X8、微帶交指結(jié)構(gòu)耦合器L2、電阻(R3、R4、R19、R20、R38、R39)、電容C7-C12、通孔接地端、控制端K2和參考電壓端VR組成。微帶線X7一端接微帶交指型耦合型L2，另一端接C9和R38，R38另一端接C7一端，C7另一端接地，C9另一端接場效應(yīng)管T3，T3另一端接C8和R19，C8另一端接地，R19另一端接VR。X8一端接微帶交指型耦合型L2，另一端接C10和R39，R39另一端接C11一端，C11另一端接地，C10另一端接場效應(yīng)管T4，T4另一端接C12和R20，C12另一端接地，R20另一端接參考電壓端VR。控制端K2通過電阻R3與場效應(yīng)管T3柵極相接，通過電阻R4與場效應(yīng)管T4柵極相接。工作時，參考電壓端電平為VR，控制端K2電平為VR時，T3、T4為導(dǎo)通態(tài)，控制端K2電平為VR-|VP|時，T3、T4為關(guān)斷態(tài)，兩種狀態(tài)下多倍頻程傳輸信號相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
3)45度位移相電路(C)它由六只砷化鎵開關(guān)場效應(yīng)晶體管(T5-T10)、微帶線X9-X15、電阻(R5、R6、R7、R8、R9、R10、R21、R24、R25、R26、R27、R28、R29)、電容C13和C14、控制端K3和參考電壓端VR組成。微帶線X9一端接90度位輸出端，另一端接R21、R24、R25、C13、場效應(yīng)管T9和T10的源極，R21另一端接參考電壓端接VR，R24另一端和T10漏極與微帶型開路線X15相連，R25和C13另一端與T9的漏極、X10、R26和T8源極連接，R26另一端和場效應(yīng)管T8的漏極與微帶型開路線X14相連，微帶線X10另一端接R27、R28、C14、場效應(yīng)管T6和T7的源極，R27另一端和T7漏極及微帶型開路線X13相連，R28和C14另一端與T7的漏極、X11、R29和T5源極連接，R29另一端和場效應(yīng)管T5的漏極與微帶型開路線X12相連，微帶線X11另一端接22．5度位輸入端。T5的柵極通過電阻R5，T6的柵極通過電阻R6，T7的柵極通過電阻R7，T8的柵極通過電阻R8，T9的柵極通過電阻R9，T10的柵極通過電阻R10與控制端K3相連。工作時，參考電壓端電平為VR，控制端K3電平為VR時，T5-T10為導(dǎo)通態(tài)，控制端K3電平為VR-|VP|時，T5-T10為關(guān)斷態(tài)，兩種狀態(tài)下多倍程傳輸信號相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
4)22．5度位移相電路(D)它由三只砷化鎵開關(guān)場效應(yīng)晶體管(T11-T13)、微帶線X16-X19、電阻(R11、R12、R13、R22、R30、R31、R32)、電容C15、控制端K4和參考電壓端VR組成。微帶線X17一端接45度位輸出端，另一端接R31、R32、C15、場效應(yīng)管T11和T12的源極，R32另一端和T11漏極與微帶型開路線X18相連，R31和C15另一端與T12的漏極、X16、R22、R30和T13源極連接，R26另一端和場效應(yīng)管T13的漏極與微帶型開路線X19相連，R22另一端接參考電壓端VR，微帶線X16另一端接11．25度位輸入端。T11的柵極通過電阻R11，T12的柵極通過電阻R12，T13的柵極通過電阻R13與控制端K3相連。工作時，參考電壓端電平為VR，控制端K4電平為VR時，T11-T13為導(dǎo)通態(tài)，控制端K4電平為VR-|VP|時，T11-T13為關(guān)斷態(tài)，兩種狀態(tài)下多倍頻程傳輸信號相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
5)11．25度位移相電路(E)它由三只砷化鎵開關(guān)場效應(yīng)晶體管(T14-T16)、微帶線X20-X23、電阻(R14、R15、R16、R23、R33、R34、R35)、電容C16、控制端K5和參考電壓端VR組成。微帶線X20一端接22．5度位輸出端，另一端接R23、R33、C34、C16、場效應(yīng)管T15和T16的源極，R23另一端接參考電壓端VR，R33另一端和T16漏極與微帶型開路線X23相連，R34和C16另一端與T15的漏極、X21、R35和T14源極連接，R35另一端和場效應(yīng)管T14的漏極與微帶型開路線X22相連，微帶線X21另一端接信號輸入端P2。T14的柵極通過電阻R14，T15的柵極通過電阻R15，T16的柵極通過電阻R16與控制端K5相連。工作時，參考電壓端電平為VR，控制端K5電平為VR時，T14-T16為導(dǎo)通態(tài)，控制端K4電平為VR-|VP|時，T14-T16為關(guān)斷態(tài)，兩種狀態(tài)下多倍頻程傳輸信號相位的差值，便是所需要的插入相移，反之亦然。
根據(jù)以上所述，按照圖二的電路圖，采用砷化鎵單片電路制造工藝，便可實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1．一種多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器，由砷化鎵場效應(yīng)晶體管、微帶線及微帶交指型耦合器及電阻、電容組成的移相器所組成，其特征在于該多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器由一個180度位移相電路(A)、一個90度位移相電路(B)、一個45度位移相電路(C)、一個22．5度位移相電路(D)、一個11．25度位移相電路(E)相串聯(lián)所組成，180度位移相電路(A)的輸入端為信號輸入端，180度位移相電路(A)輸出端接90度位移相電路(B)輸入端，90度位移相電路(B)輸出端接45度位移相(C)的輸入端，45度位移相電路(C)輸出端接22．5度位移相電路(D)的輸入端，22．5度位移相電路(D)輸出端接11．25度位移相電路(E)的輸出端，11．25度位移相電路(E)的輸出端為信號輸出端，每位移相電路均連接同一參考電壓VR，相應(yīng)控制端為K1-K5。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器，其特征在于180度位移相電路(A)和90度位移相電路(B)為反射型數(shù)字、模擬兼容移相電路，45度位移相電路(C)、22．5度位移相電路(D)、11．25度位移相電路(E)均為高低通傳輸型數(shù)字模擬兼容移相電路。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器，其特征在于構(gòu)成180度位移相電路(A)和90度位移相電路(B)的反射型數(shù)字模擬兼容移相電路分別由對稱于微帶多指型耦合器L1或L2的上下兩部分兼容多極性電平單元電路構(gòu)成，其中在微帶多指型耦合器L1上部的兼容多極性電平單元電路中，場效應(yīng)晶體管T1的源極接電容器C3，電容器C3的另一端接微帶線X3，微帶線X3的另一端接微帶多指型耦合器L1，晶體管T1的漏極接一個電容器C2和一個電阻R17，電容器C2的另一端接地，電阻R17的另一端接參考電壓VR，晶體管T1的柵極通過電阻R1與控制端K1相接。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器，其特征在于22．5度位移相電路(D)、11．25度位移相電路(E)由單個的串接兼容多極性電平單元電路構(gòu)成，45度位移相電路(C)由兩個單個串接兼容多極性電平單元電路串聯(lián)構(gòu)成，其中組成11．25度位移相電路的單個串接兼容多極性電平單元電路以三個相串聯(lián)的晶體管T14、T15、T16組成，該三個晶體管的柵極分別通過電阻R14、R15、R16與控制端K5相接，在晶體管T14的源極與漏極之間并聯(lián)有電阻R35，在晶體管T15的源極與漏極并聯(lián)電阻R34和電容C16，在晶體管T16的源極與漏極之間并聯(lián)有電阻R33，微帶線X22接在晶體管T14的漏極，微帶線X23接在晶體管T16的漏極，微帶線X21的一端接電阻R34，另一端為信號輸出端，微帶線X20的一端接電阻R34，另一端為信號輸入端。
專利摘要多倍頻程砷化鎵微波單片數(shù)字、模擬移相器是一種用于通訊等領(lǐng)域的電子部件,180度位移相電路輸出端接90度位移相電路移相電路輸入端,90度位移相電路輸出端接45度位移相的輸入端,45度位移相電路輸出端接22.5度位移相電路的輸入端,22.5度位移相電路輸出端接11.25度位移相電路的輸入端,11.25度位移相電路的輸出端為信號輸出端,每位移相電路均連接同一參考電壓V
文檔編號H03H11/02GK2417635SQ00220019
公開日2001年1月31日 申請日期2000年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者戴永勝, 陳堂勝 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第五十五研究所