本實用新型涉及一種具有超寬帶與超高延時的相控陣時延線電路，屬于通信電子技術領域。

背景技術：

目前公知的相控陣天線系統(tǒng)中，其核心部件相位延時線大多采用微帶線或者傳統(tǒng)低通LC網絡來實現(xiàn)時延單元，并配合增益補償放大器來形成完整時延線，存在平坦時延帶寬與時延的乘積小的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種提高相控陣系統(tǒng)中時延線的帶寬，并且增加通帶內相位時延的平坦性的具有超寬帶與超高延時的相控陣時延線電路。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種具有超寬帶與超高延時的相控陣時延線電路，包包括多個輸入線時延單元T_n1、多個增益開關放大器G_n、多個輸出線時延單元T_n2；

所述多個輸入線時延單元T_n1之間串聯(lián)連接，多個輸出線時延單元T_n2之間串聯(lián)連接，所述輸入線時延單元T_n1、輸出線時延單元T_n2之間通過增益開關放大器G_n連接；

所述輸入線時延單元T_n1包括一對相互耦合的電感L、串聯(lián)電容C_S和并聯(lián)電容C_P，所述一對相互耦合的電感L中間具有連接點T_P，所述串聯(lián)電容C_S兩端分別連接在一對相互耦合的電感L的輸入端、輸出端，所述并聯(lián)電容C_P一端連接在連接點T_P上，另一端接地；

所述輸出線時延單元T_n2與輸入線時延單元T_n1的電路結構相同，所述增益開關放大器G_n兩端分別連接在輸入線時延單元T_n1、輸出線時延單元T_n2的連接點T_P上。

進一步的是，所述增益開關放大器G_n包括第一N型MOS晶體管M₁、第二N型MOS晶體管M₂、第一電容C₁、第二電容C₂、第三電容C₃、第一電感L₁、第一電阻R₁，所述第一電容C₁與第一電阻R₁并聯(lián)連接，第一電容C₁、第一電阻R₁與第一N型MOS晶體管M₁的源極連接，第一電容C₁、第一電阻R₁與第三電容C₃連接，所述第二電容C₂、第一電感L₁與第一N型MOS晶體管M₁的漏極連接，所述第三電容C₃、第一電感L₁與第二N型MOS晶體管M₂的源極連接，所述第一電容C₁、第二電容C₂、第一電阻R₁均接地。

本實用新型的有益效果：本實用新型通過采用新型時延單元結構，提出了一種新型增益開關放大器，并創(chuàng)新性的分配增益開關放大器與時延單元的連接位置，有效的增加了時延電路系統(tǒng)的帶寬與時延值乘積；同時，對增益開關放大器的改進，也進一步提高了系統(tǒng)的增益帶寬積。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為實施例中時延單元的電路結構圖；

圖3為實施例中增益開關放大器電路結構圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1和2所示，本實用新型的一種具有超寬帶與超高延時的相控陣時延線電路，包括多個輸入線時延單元T_n1、多個增益開關放大器G_n、多個輸出線時延單元T_n2；其中n為時延線的級數(shù)，如圖1所述，該電路結構為喇叭結構，具有輸入線和輸出線，輸入線由各級輸入線時延單元T_n1串聯(lián)而成，輸出線由各級輸出線時延單元T_n2串聯(lián)而成，每一級輸入線時延單元T_n1和輸出線時延單元T_n2之間均通過增益開關放大器G_n連接，該放大器同時也作為各級時延狀態(tài)的開關；

上述中輸入線時延單元T_n1和輸出線時延單元T_n2的電路結構如圖2所示，所述輸入線時延單元T_n1包括一對相互耦合的電感L、串聯(lián)電容C_S和并聯(lián)電容C_P，所述一對相互耦合的電感L中間具有連接點T_P，所述串聯(lián)電容C_S兩端分別連接在一對相互耦合的電感L的輸入端、輸出端，所述并聯(lián)電容C_P一端連接在

連接點T_P上，另一端接地；電感之間的耦合電感值為M。其中，各個元件的值由下式確定：

該單元在DC附近的時延值為：

所述輸出線時延單元T_n2與輸入線時延單元T_n1的電路結構相同，所述增益開關放大器G_n兩端分別連接在輸入線時延單元T_n1、輸出線時延單元T_n2的連接點T_P上。

本實用新型新性的使用T_P點為輸入線時延單元T_n1、輸出線時延單元T_n2與增益開關放大器G_n的連接點。其好處是時延單元本身的并聯(lián)電容C_P可以有效的吸收所連接的增益開關放大器G_n自身的寄生電容，達到增大帶寬的效果。例如，當使用傳統(tǒng)傳輸線作為時延單元時，增益開關放大器G_n所帶來的的寄生電容將導致其最大匹配頻率下降，帶內時延平坦度惡化等問題，極大的降低了傳輸線時延單元的性能。而普通LC時延單元中并聯(lián)的電容，其容值極大的受限于LC時延單元的截止頻率，故而對增益開關放大器G_n的寄生吸收效能也大打折扣。

本實用新型中使用的時延單元的時延值為：

其中τ₀為該時延單元在極低頻(DC附近)的時延值，Q為時延單元中串聯(lián)電容與并聯(lián)電容的比值(C_S/C_P)，Ω為歸一化頻率，其計算公式為ωτ₀?？梢钥吹?，相對于傳統(tǒng)時延單元，該時延單元產生了一個高階低通響應，可以增加通帶內時延響應的平坦性，從而增大了時延系統(tǒng)的最大可用帶寬。理論上，時延變化在±5％內的可用頻率可以達到例如在時延單元在DC附近的時延值為16ps時，其±5％時延變化的最大可用頻率達到25GHz。而普通LC時延單元的截止頻率最高為其最大平坦時延頻率更是遠遠低于其截止頻率。

為了提高增益開關放大器G_n的平坦增益帶寬，優(yōu)選的實施方式是，所述增益開關放大器G_n包括第一N型MOS晶體管M₁、第二N型MOS晶體管M₂、第一電容C₁、第二電容C₂、第三電容C₃、第一電感L₁、第一電阻R₁，所述第一電容C₁與第一電阻R₁并聯(lián)連接，第一電容C₁、第一電阻R₁與第一N型MOS晶體管M₁的源極連接，第一電容C₁、第一電阻R₁與第三電容C₃連接，所述第二電容C₂、第一電感L₁與第一N型MOS晶體管M₁的漏極連接，所述第三電容C₃、第一電感L₁與第二N型MOS晶體管M₂的源極連接，所述第一電容C₁、第二電容C₂、第一電阻R₁均接地。其中的第二電容C₂、第三電容C₃表征了晶體管自身的寄生電容。區(qū)別于傳統(tǒng)放大器結構，本實用新型創(chuàng)新性地使用了由第一電容C₁、第一電阻R₁組成的源極反饋電路來提高放大器的頻率補償帶寬。該放大器的增益可以表示為：

其中，G_m1為第一N型MOS晶體管M₁的等效小型號跨導，Z_L為放大器的負載，s為復頻率，g_m2為第二N型MOS晶體管M₂的小型號自跨導。C_Σ為第一電容C₁、第二電容C₂的和,C_Π為第一電容C₁、第二電容C₂的積。

其中增益開關放大器G_n的第一級等效跨導值G_m1可以由下式計算:

其中g_m1為第一N型MOS晶體管M₁的自跨導?？梢钥吹剑捎昧嗽礃O反饋結構后，增益開關放大器G_n第一級的等效跨導隨頻率增加而緩慢增大：DC處的，G_m1的值為當頻率足夠高時，該值增大到g_m1。這種特性能夠極大的補償普通增益開關放大器G_n的增益總是隨著頻率的增大而降低的趨勢，從而提高了增益開關放大器的平坦增益帶寬。

綜上所述，本實用新型通過采用新型時延單元結構，提出了一種新型增益開關放大器，并創(chuàng)新性的分配增益開關放大器與時延單元的連接位置，有效的增加了時延電路系統(tǒng)的帶寬與時延值乘積；同時，對增益開關放大器的改進，也進一步提高了系統(tǒng)的增益帶寬積。