移相器可以分为模拟式移相器与数字式移相器。模拟式移相器能够实现在一定范围内连续可调的相位变化。数字移相器尽管相位可调,但其相移量只能是预先设定的离散值,无法做到连续可调。
1.2.1 数字式移相器41680
铁氧体移相器、铁电陶瓷移相器以及半导体二极管移相器是三种材料不同的数字式移相器。而其中反射式移相器与传输式移相器又组成了半导体移相器。数字式移相器的分类如图1.1所示:
图1.1数字式移相器的分类
半导体二极管移相器的优势在于数字控制,但在微波频段上,它的功率损耗大,功率容量小。作为发展最早,应用范围最广的数字式移相器,这种移相器在任一结构下的原理都是相同的,其原理是通过二极管正偏及反偏下的不同开关状态,控制传输线的接通和断开。
微电子机械系统移相器的优势在于功率损耗小,功率容量大。为了实现信号相速的改变,它通过射频开关控制传输线上并联于导带和地之间的负载电容的大小,进而改变整体结构等效性电容的大小。微电子机械系统移相器中每个射频开关都有一个控制信号以获得不同的相移量,但也因此它的控制电路较为复杂,开关时间长。
1.2.2 模拟式移相器
模拟式移相器能够实现一定范围内相移连续可调,铁氧体移相器和反射式移相器是两种常用的模拟移相器。其中铁氧体移相器的优势在于插入损耗小、功率容量大、移相度较大,劣势在于控制功率要求高、电路结构复杂、体积重量大,因此这种移相器对机载和星载雷达并不适用,仅适用于无源相控雷达。除此以外,它受温度影响大,反应时间长,因此对高速毫米波雷达也不适用。
早在1950s,国外就已经开始了对电可调移相器的研究。其中比较典型的有:
(1)1956年,HOWARD SCHARFMAN第一个提出了圆极化与旋转场铁氧体移相器,而铁氧体移相器技术的时代也由此开启。如图1.2和图1.3为他所提出的铁氧体移相器。
圆极化铁氧体移相器
旋转场铁氧体移相器
(2)1978年,日本三菱的AKIHITO MIZOBUCHI等人提出了一种凹槽波导封的铁氧体移相器,这种移相器是非互易的。如图1.4所示,相较于以往的波导铁氧体移相器,这种移相器在X波段上,微波性能提高了20%。
凹槽波导封铁氧体移相器模型图
(3)21世纪,有关集成化薄膜移相器的发展迅速,其中比较典型的是,2000年J.C.Batchelor等研究人员提出了微带扫描阵列移相器,其特点在于采用集成化铁氧体制作。这种移相器可以实现当磁场强度为100 Oe时,相移量为30°,结构如图 1.5所示。
微带扫描阵列铁氧体移相器的模型图
在我国,研究人员往往着重于体积大且分立的铁氧体薄膜移相器的研究。其中比较有代表性的有:
(1)1999年,南京船舶雷达研究所报道了一种C波段高功率铁氧体移相器。在10%的带宽内,移相器能承受的平均功率可以达到 100W ,而磁化峰值电流仅需 7A。
(2)2005年,南京电子技术研究所提出了一种GaAs单片移相器,试制的样品尺寸为 1.5×1.0 ,因此适用于单片微波集成。不仅如此,2.5~5.0GHz 的频段上,它的移相起伏小于10°;而2.6~3.5GHz 的频段上,它的移相的起伏小于5°。
(3)2006 年航天三院与解放军 63921 部队共同提出了相控阵雷达铁氧体移相器这一重要器件,并分析了该移相器的设计方式和设计指标。 移相器的发展及国内外研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_41817.html