应用于卫星直播相控阵天线移相器的研究

论文摘要

移相器在通信、雷达等系统中有着广泛的应用,尤其是在相控阵天线中,它是相控阵天线发射/接收(T/R)组件的重要组成部分,通过电的方式控制天线孔径面上各辐射单元的相位,以实现波束扫描。在卫星直播(DBS)相控阵天线中,移相器的性能对整个卫星直播天线接收系统有重要影响。随着以GaAs工艺为基础的单片微波集成电路(MMIC)技术的成熟,移相器广泛的采用MMIC技术,也因此正向尺寸小、重量轻、可靠性高的方向发展。MMIC在军用和民用系统取得了广泛的应用,提高了系统的性能。本文首先对移相器的研究背景、总体发展做了概述,接着对MMIC技术以及MMIC移相器进行介绍,在此基础上对移相器进行理论探讨与分析,并且详细论述了各种移相器的原理和设计方法,为移相器电路拓扑的选择和参数优化提供了理论依据。然后对MMIC使用的无源器件以及有源器件的模型做了详细讲解,阐述了设计中所使用的PHEMT开关的直流特性及射频特性,继而进行开关的参数仿真以确定其性能特性。经过调研,选用UMS的PPH25X工艺线,针对不同移相位设计出适合的电路拓扑,使用ADS软件对各移相位进行仿真优化,使其满足设计的目标,结合实际MMIC工艺线,最终绘制出移相器电路的版图。该移相器由五位移相器电路级联而成,工作频率在11.4～12.8GHz,在整个工作频带内插入损耗为7.5±1dB,移相器的电压驻波比小于1.5,移相位均方根相移量误差(RMS)小于2°,达到了设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 移相器概述及发展趋势
• 1.3 MMIC移相器的发展概况
• 1.4 课题的来源、研究意义及主要研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究意义
• 1.4.3 研究内容
• 本章小结
• 第二章 移相器原理
• 2.1 移相器的基本原理及性能指标
• 2.1.1 移相器的基本原理
• 2.1.2 移相器的性能指标
• 2.2 移相器的各种类型及其原理分析
• 2.2.1 开关线型移相器
• 2.2.2 加载线型移相器
• 2.2.3 反射型移相器
• 2.2.4 高低通滤波器型移相器
• 2.2.5 其他类型移相器
• 本章小结
• 第三章 MMIC模型及微波开关特性研究
• 3.1 MMIC基片及技术
• 3.2 MMIC无源器件
• 3.2.1 电感器
• 3.2.2 电容器
• 3.2.3 电阻器
• 3.2.4 通孔和接地
• 3.3 MMIC有源器件
• 3.3.1 金属半导体场效应管（GaAs MESFET）
• 3.3.2 高电子迁移率管（HEMT）
• 3.3.3 赝高电子迁移率管（PHEMT）
• 3.4 PHEMT开关电路模型及仿真设计
• 3.4.1 PHEMT开关的简化等效电路模型
• 3.4.2 PHEMT开关设计及参数仿真
• 本章小结
• 第四章 五位数字单片移相器的EDA设计
• 4.1 MMIC工艺线选择
• 4.2 电路拓扑设计理论分析
• 4.3 移相器各相位仿真结果及版图设计
• 4.3.1 180°仿真结果及版图
• 4.3.2 90°仿真结果及版图
• 4.3.3 45°仿真结果及版图
• 4.3.4 22.5°仿真结果及版图
• 4.3.5 11.25°仿真结果及版图
• 4.3.6 移相器五位级联仿真
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢