一种低损耗射频反射式移相器的设计 .pdf

一种低损耗射频反射式移相器的设计--第1页

一种低损耗射频反射式移相器的设计

作者：周光辉商远波

来源：《中国新通信》2018年第20期

周光辉南京电子器件研究所商远波上海无线电设备研究所上海电磁环境重点实验室

【摘要】本文提出了一种单端口低损耗反射式数字移相电路设计方法，作为贴片单元的补

偿部分，通过低频控制电路来切换反射通道，调整贴片单元的反射相位，从而实现贴片单元大

相位的补偿。加工了样机，并进行测试，技术指标可满足天线使用要求，为微带平面反射阵列

天线的设计提供了一种新的途径。

【关键词】反射式移相器低损耗PIN二极管

引言：随着近代卫星通信，微波通信和航天技术的迅猛发展，射频电路要求越来越高，功

能越来越复杂，对单端口相位补偿技术是射频移相器一个重要的发展方向，以平面反射天线为

例，传统的抛物面反射天线笨重、体积庞大，曲线表面很难制造，更高的微波频段上就更难于

加工。微带阵列天线加工简单，利用加载的可控的移相器可以实现宽角度的波束扫描，但是由

于可控移相器带来的损耗较大，需增加放大模块来补偿损耗，成本较高，而通过单端口相位补

偿技术实现的反射阵列天线应运而生。微带平面反射阵列天线是由微带阵列和馈源构成的（如

图1），微带阵列上每一个贴片振子的作用类似于辐射器和移相器。对于平面反射阵列天线,

由于它的反射面是一个平面，而馈源因与各个振子的距离不同而到达各个振子的相位也不同。

为了实现辐射方向等相位分布，必须通过调节各个贴片的散射相位来补偿由于路径不同造成的

相位差。传统的方式是通过改变各贴片单元的形状位置等分布参数来补偿相位差，但是这种方

式很难实现较大相位的补偿。

本文针对这一问题,设计了一种单端口反射式数字移相电路，作为贴片单元的补偿部分，

通过低频控制电路来切换反射通道，调整贴片单元的反射相位，从而实现贴片单元大相位的补

偿。采用分立元器件搭建了原理样机，通过测试验证了这种方案的可行性，并利于批产，可实

现大批量生产，为微带平面反射阵列天线的工程实现提供了一种新的途径。

一、反射式移相器设计原理

1.1PIN二极管基本原理

反射式移相器采用PIN二极管做为关键控制器件，利用PIN二极管的阻抗随偏置条件变

化的特性，对微波信号进行控制。PIN管串接时，反向偏置条件下，PIN管对微波信号呈现很

一种低损耗射频反射式移相器的设计--第1页

一种低损耗射频反射式移相器的设计--第2页

高的阻抗(断开)，正向偏置时又表现为很低的阻抗（导通），PIN管并接时状态相反，因此

PIN管常用来实现微波开关功能。图3所示为PIN管正反向偏置时等效电路模型。

1.2反射式移相器电路设计

以四位反射式移相电路为例，采用PIN管作为控制器件组成单刀四掷开关电路，通过控制

PIN管的偏置条件，选通不同的反射通道，而各通道传输路径长度不同，形成不同的反射相位。

其电路原理图如图4所示。

图中单刀四掷开关公共端接天线贴片端子，D1～D4为PIN二极管，串接在各通道中，

Z01～Z04分别为不同长度的传输线，通过改变直流偏置CON1～CON4来控制PIN管的通

断，选择不同的反射通路。各通道末端为接地电容，对低频偏置信号形成开路，对微波信号形

成反射。

当CON1～CON4控制均为正电压时，PIN二极管D1～D4均为关断状态，微

波信号直接反射回天线端子；当CON1为负电压，CON2～CON4为正电压时，PIN二极管D1

导通，D2～D4关断，射频信号通过J1通道反射回天线端子。同理，通过控制可选通J1～

J4