微波移相器就具体的实现方法来说主要有介质片移相器、铁氧体移相器、微带移相器这三种类型。接下来简略的介绍这三种典型的移相器和它们各自的优缺点。
1 介质片移相器
如图1。1所示的是一种横向移动介质片移相器,在一段矩形波导中,在垂直于宽边的纵向放置一片介质片将介质片消减以减小反射。86523
横向移动介质片移相器
若介质片的高度与窄边相同,厚度较薄,那么根据微扰原理可以知道其相移常数的变化量为
其中为真空中的相移常数;为真空中模的相波长;为组合结构的相位常数;为模的部分填充介质的相波长;为介质片的相对介电常数;S为矩形波导的横截面积,S为介质片的横截面积;为介质片与波导窄壁的距离。根据公式可知当时,相移常数变化最大同时相移也最大,当时,相移常数不变此时相移量也为零。
这种介质片移相器的结构简单,但是它的缺点是相移常数变化量与移动距离为非线性关系,此外使用机械控制改变介质片的位置操作不便且那以实现快速改变相移,并且相位控制的精度收到机械加工的限制很难做高。
2 铁氧体移相器
铁氧体移相器的原理是通过外加磁场来改变介质的磁导率从而实现对相位的调节。如图1。2所示,矩形波导宽边中央有一个横截面为环形的的铁氧体,环中央有一根磁化导线。
图1。2 铁氧体移相器结构 图1。3 铁氧体滞回线
根据铁氧体的磁滞回线(图1。3)可以看出,当外加的磁场足够大时铁氧体达到了饱和状态。此时撤去外加磁场,铁氧体内部的磁场不会立刻消失还会有一个剩余磁感应强度,如果改变外加磁场的方向那么剩余磁感应强度方向也会随之而改变此时为-。而这对于在矩形波导内传输的模来说,对应两个不同的磁导率系数。这两个磁导率之差就会经过相同的传输距离后存在一个相位差从而实现移相器的功能,如果每次外加磁场都使铁氧体达到饱和那么每次的剩余磁导率也不变,相移的大小将取决于铁氧体的长度。
铁氧体移相器的体积较大、重量也较大,同时由于铁氧体本身难以集成从而限制了他的应用。铁氧体移相器也具有其他的移相器所不具有的优点,列如承受的功率高、插入损耗很小、工作带宽较宽。文献综述
3 微带移相器
随着技术的发展,对移相器小型化的要求也越来越高,微带移相器快速发展,微带移相器的设计实现手段也越来越多样,既有有源的移相器更多还是无源的移相器[8]。各种各样的数字移相器和模拟移相器层出不穷,主要有微机电移相器(MEMS)[9-12]、接地缺陷结构移相器(DGS)[13-17]、加载线型移相器[18-19]等。这三种类型的移相器是当前研究的热点,接下来以这三种当前研究热点的为例介绍当前的移相器发展状况。
由C。 Shafai, S。K。 Sharma, J。 Yip, L。 Shafai and L。 Shafai三位学者[12]设计的微机电移相器(MEMS)设计方案如下图所示。
图1。4 微机电移相器(MEMS)结构
下拉电极安装在微弹性阵下,通过下拉电压来调节射频基板与接地板间的空气缝隙的大小,这样通过改变空气缝隙的大小来改变等效介电常数大小实现相移。微波的相速度可表示为
(1。2)
其中β为微波的相速度,为等效介电常数,c为光速。该移相器正是通过改变等效介电常数实现相移的,首先来看等效的介电常数移相器横截面示意图。