移相器是必不可少的微波元件,可提供微波/射频信号的可控相移。它们广泛用于相控阵、相位均衡器和定时恢复电路的波束转向和波束形成。相控阵天线系统通常需要数千个移相器,因此拥有尺寸小、重量轻和成本低的移相器至关重要。于此同时,移相器也需要具有低损耗、最低的功耗和较大的功率处理能力。
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移相器(Phase Shifter)简介 -
常用的移相器设计的方法和技术 -
参考文献
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移相器(Phase Shifter)简介
移相器的工作原理基于电磁波的相位特性。在阵列天线中,每个天线单元接收或发射的信号都具有一定的相位。通过移相器调整这些信号的相位,可以改变波束的指向和形状。具体来说,当移相器对某个天线单元的信号进行相位调整时,该单元的信号与其他单元的信号之间会产生相位差。这个相位差会导致波束在空间中形成特定的干涉图案,从而实现波束的指向性控制和扫描。
在阵列天线中,移相器的应用带来了显著的优势:
- 提高波束指向性
:通过精确控制每个天线单元的相位差,可以形成具有特定指向性的波束。这有助于提高天线的增益和方向性,增强信号的传输距离和抗干扰能力。 - 实现波束扫描
:移相器可以动态地调整每个天线单元的相位,从而实现波束在空间中的扫描。这有助于扩大天线的覆盖范围,提高系统的灵活性和适应性。 - 降低旁瓣电平
:通过优化移相器的相位调整策略,可以降低天线方向图中的旁瓣电平。这有助于减少干扰和噪声对系统性能的影响,提高信号的传输质量和可靠性。
常用的移相器设计的方法和技术
在射频/微波元件中实现相移不同的技术和方法如下,
1、基于磁场调谐的铁氧体移相器
铁氧体移相器具有较大的功率处理能力,但通常带宽有限、尺寸大、功耗高和调谐缓慢。
2、基于铁电变容二极管的移相器
p-i-n 二极管
场效应晶体管 (FET) 开关
射频微机电系统 (MEMS) 开关线移相器
然而,FET 开关、p-i-n 二极管和基于铁电变容二极管的移相器通常在W-频段,并且表现出有限的频率范围。
RF MEMS 移相器在带宽、插入损耗、尺寸和功耗方面表现出良好的性能,但是,它们显示出有限的功率处理能力<1 瓦(30 dBm)。
[1] J. Wu et al., "Compact, Low-Loss, Wideband, and High-Power Handling Phase Shifters With Piezoelectric Transducer-Controlled Metallic Perturber," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 60, no. 6, pp. 1587-1594, June 2012, doi: 10.1109/TMTT.2012.2189240.
[2] Z. Rahimian Omam, A. Pourziad, W. M. Abdel-Wahab, S. Nikmehr, S. Gigoyan and S. Safavi-Naeini, "Two-Way Tunable Phase Shifter With Arbitrary Phase Shift Ratio at Two Different Frequencies," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 68, no. 2, pp. 711-720, Feb. 2020, doi: 10.1109/TMTT.2019.2951143.


