模拟数字可控微波器件设计文献综述

 2022-11-20 15:13:43
  1. 文献综述(或调研报告):

利用参数可电调的材料和器件组成的控制微波信号幅度或相位的一些器件。可电调的材料和器件主要有半导体二极管(如PIN管、 变容管和肖特基管等)和铁氧体材料(如微波铁氧体器件)。控制信号幅度的器件有衰减器、调幅器、开关器和限幅器等;控制信号相位的有移相器和调相器等。根据不同器件性能特点,设计出有效的集成方案,加以合适的程序控制,可以组成功能更加强大的微波器件,满足人们不同的需求。下面对几种主要的微波器件作出简要介绍:

一、移相器:

移相器是用来改变传输网络相位的部件,其基本功能是借助于控制偏压来改变微波信号的传输相位。移相器可以分为数控式和模拟式。数字式移相器是相控阵系统的核心,用来控制天线阵中各路信号的相位。数控移相器在微波系统中应用广泛,尤其是在导弹仿真系统中。数控移相器通过程序控制移相器的偏置电路,通过运行程序可迅速地得到所需的移相度数。相比于普通电控移相器而言,数控移相器具有延迟小、准确度高、线性度好等优势。

数控移相器的设计关键在于相移的数字控制和相位测量的数字化 。

目前,随着现代电子技术的不断发展成熟 ,特别是微型单片机技术的迅猛发展而研发的数字移相技术,是移相技术的发展方向。近几十年的发展过程中 ,半导体材料及制作工艺的发展更使得单片微波集成电路成为领域内的研究热点,这其中当然包括移相器的MMIC。本次设计涉及一种使用两个单刀双掷开关(SPDT)的180°数字移相器MMIC,其利用了依靠在50nm程度上实现质变的高电子迁移率的晶体管技术,对于相位产生的不同,采用了两个具有不同终端的相同的耦合器。测量结果显示在115GHz—155GHz之间只有0.1dB的振幅不平衡和小于plusmn;3.5°的相位不平衡。在所考虑的频率范围内传输损耗小于5.6dB并且输入和输出匹配优于-10dB。这种高性能使该移相器成为与其他数字或模拟移相器结合去实现多比特数字移相器或者数字模拟混合移相器的理想选择。

二、衰减器:

衰减器是把大电压信号衰减到一定的比例倍数(一般指功率衰减),达到安全或理想电平值,方便测试工作。电调衰减器又分为模拟和数控两大类,数控电调一般采用两种式,一种采用数字信号控制电流大小,一种采用开关加固定衰减器的结构。其优点是便于计算机控制,经数字化校正处理后其重复性和温度稳定较好,对源要求也不高,便于整机对幅度的实时校正,但其缺点是反应速比较慢 (约 2mu;s),实现技术难度较大。

采用微波电调衰减器的信号源,由于应计算机控制和管理做到工作方式灵活、响应速度快、体积小重量轻,在雷达接收机灵敏度、天线方向图、距离校准角跟踪等测试中发挥了重要作用 。与此同时,微波电调衰减器作为一种控制器在电子对抗、通信等各类微波系统中应用广泛 。

最初的数控衰减是通过字 AGC 技术控制模拟衰减器来实现的。现代通信技术和通信系统 对整机动态范围要求越来大,如果只用 AGC 电路来控制其动态范围已远不能满足动态要求,因此衰减器得到广泛应用。 目前衰减器已发展有多种结构,除了电阻衰减网络以外,近年来又发展PIN 管构成的电调衰减器, GaAs MESFET T型衰减器,并在此基础上发展了多位数控衰减器。

三、SPI:

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