三位S波段数字移相器设计+ADS仿真(2)
1.2 研究现状 最早移相器的形式是机械式，在上世纪五十年代之后才出现了电控移相器，其中一种是铁氧体移相器。在铁氧体中，由于电磁波的相速度会随着导磁系数的改变而发生变化，加上不同直流磁场之后，走过同样距离之后该电磁波就会产生不同的相移量，控制可得所需的相移之差。吹冰十年代之后出现的另一种是使用 PIN 二极管作为开关控制电路，在两种状态下微波走过不同的电路，同样可得到两个相移量之差。比较而言，铁氧体式可以承受的功率较大，插损性能良好，工作频带相对宽于 PIN管驱动电路，但驱动功率比 PIN 管移相器大，开关时间比 PIN 管移相器长，尤其是体积上较大，工艺上实现较复杂，成品率比较低，使得其一直未能成为主流。 早期的移相器由于技术的局限多采用分立器件，在半导体作为衬底未流行时多采用 PCB电路板制作移相器，集中参数元件在射频上会产生很多寄生波与不必要的参量，误差很大，因此只能做到 C 波段，后来由于需求不断增大，技术不断发展，再加上元件已经采用贴片技术，并且开始抽取二极管的管芯以有效去除管壳电容，因此逐渐提升至 K波段。八十年代之后技术上出现了一种单片微波集成电路(MMIC)，它将具有特定功能的电路集中在一块晶片上，内部根据功能的需要添加有源、无源器件。MMIC 式移相器优点是体积小，成本低，但需要半导体技术的支持，考虑到国内外半导体行业现状，国内相关研究工作相对国外缺少基础和能力，只有少量科研院与事业单位进行了该种类移相器的研究与制作。 二十一世纪出现了一种微机械系统(MEMS)移相器，在共面波导信号线上贴一层厚度较小、介电常数较低的绝缘介质，开关在关上时 MEMS 金属桥与共面波导(CPW)信号线可以形成 MIM 电容,提升开与关电容比就可以增加相移量。[1] MEMS 移相器回波损耗性能优越，但精度与插入损耗比较而言存在劣势。除此以外，还出现了一种利用铁电材料制作的新型移相器，易调谐且体积相对较小，缺点是器件对温度敏感。 在介质基板上制作微波功能电路，并在其上加入分开的有源器件，混合集成电路(HMIC)技术将 MMIC 和 MEMS 二者结合在了一起。这种技术制造出来的移相器价格低廉，工艺上易于实现，且插入损耗与回波损耗都相对较小，因此逐渐成为市场上的主流。
1.3 内容安排 本文先第一章介绍移相器的研究背景，并介绍了国内外研究现状，第二章及第三章分别介绍 PIN 管理论基础与移相器理论基础。PIN 管理论基础在内容包含微观结构上的原理、等效模型，以及如何在微带电路上进行射频开关的应用，并给出了相应的指标要求；第三章从对移相器的综述切入，先介绍了分类与技术指标，再详细阐述了开关线型、负载线型、混合型与高通低通型四种移相器的工作原理。第四章内容为移相器设计与调试方面，呈现总体方案后从选择介质基板材料与偏置电路开始，再以图表等形式比较仿真结果，搭建出较准确的PIN 管等效模型。选择设计方案后分别呈现了符合要求的 45° 、90° 与180° 移相器在ADS 仿真下的各个指标，最后级联并进一步调节参数，呈现了规定工作频带内移相精度，以及符合要求的插入损耗与回波损耗。
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