一种小型化宽带数字移相器

本发明属于射频微波器件领域，尤其涉及一种小型化宽带数字移相器。

背景技术：

1、移相器是相控阵天线、雷达通信系统、卫星通信、无线收发前端以及波束赋形网络中的关键功能器件之一，其主要作用是在射频信号传输过程中引入可控的相位延迟，从而实现波束扫描、相位补偿、信号合成与方向图控制等功能。

2、随着第五代移动通信、卫星通信、毫米波通信、雷达探测以及面向第六代移动通信的空天地一体化网络、智能感知通信一体化和高容量无线传输技术的快速发展，射频前端系统正朝着高频段、大带宽、多通道、高集成度和低功耗方向演进。移相器作为射频微波前端中的关键相位控制器件，其性能直接影响系统的波束指向精度、扫描范围、旁瓣电平、链路增益和整体工作效率。数字移相器通常通过开关器件控制不同传输路径或不同等效电路状态，从而实现离散相位切换。与模拟移相器相比，数字移相器具有控制方式简单、相位状态明确、易于与数字控制电路集成、重复性较好等优点，因而被广泛应用于相控阵天线、5g/6g基站射频前端、卫星通信终端、低轨卫星相控阵天线以及毫米波收发组件中。随着通信系统工作频率不断提高、信号带宽持续增大以及阵列通道数量不断增加，数字移相器不仅需要实现准确的相位调控，还需要具备小型化、宽带化、低插入损耗、良好端口匹配和幅度一致性等综合性能。

3、然而，相关技术中数字移相器多采用多位移相单元级联，其相位调控结构尺寸往往较大，损耗较高，移相带宽较窄。然而，随着5g毫米波通信、未来6g宽带通信以及卫星互联网终端对射频前端小型化、宽带化和宽移相范围提出更高要求，相关技术中的数字移相器结构难以满足需求。

技术实现思路

1、本发明提供一种小型化宽带数字移相器，可以极大地简化电路复杂度和减小系统尺寸，更能满足未来通信的小型化需求。

2、为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，提供一种小型化宽带数字移相器，包括第一介质层、金属地层、第二介质层、谐振器单元以及传输结构；

3、所述第一介质层、所述金属地层和所述第二介质层依次叠层形成复合介质基板；

4、所述谐振器单元包括设置于所述第一介质层背离所述金属地层一侧的至少一个第一低阻抗传输线、设置于所述第二介质层背离所述金属地层一侧的至少一个第二低阻抗传输线以及射频开关，在垂直于所述金属地层的方向上，所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线的投影形状不同且投影至少部分重合，所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线均和所述金属地层连通；

5、所述传输结构包括两分别位于所述第一低阻抗传输线两端的耦合器以及连接于所述耦合器末端的50欧姆传输线，所述耦合器和对应的所述第一低阻抗传输线之间连接有所述射频开关，所述射频开关的端口连接对应位置的所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线，所述射频开关用于切换所述耦合器连通所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线的状态。

6、进一步地，所述谐振器单元包括两间隔设置的所述第一低阻抗传输线和两间隔设置的所述第二低阻抗传输线，所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线均包括传输本体和连接于所述传输本体一侧且朝外延伸的短路支节；所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线均通过对应的所述传输本体两端与所述射频开关的端口连接，通过所述短路支节的末端边缘中心与所述金属地层接地。

7、进一步地，两所述第一低阻抗传输线和两所述第二低阻抗传输线位置一一对应；一所述第一低阻抗传输线的传输本体为矩形，其对应的所述第二低阻抗传输线的传输本体为矩形。

8、进一步地，一所述第一低阻抗传输线的传输本体长为27.6mm，宽为4 mm，其短路支节为矩形，长为12mm，宽为3.5mm；另一所述第一低阻抗传输线的传输本体长为22.2mm，宽为4mm，其短路支节为矩形，长为6mm，宽为8.5mm；

9、一所述第二低阻抗传输线的传输本体长为24.6mm，宽为1.2mm，其短路支节为矩形，长为12mm，宽为2.4mm；另一所述第二低阻抗传输线的传输本体长为25mm，宽为1.2mm，其短路支节为矩形，长为9.4mm，宽为2.7mm。

10、进一步地，所述小型化宽带数字移相器的工作频带在2.4-3.3 ghz。

11、进一步地，所述耦合器包括连接所述射频开关的高阻抗传输线以及与所述高阻抗传输线间隔的耦合传输线，所述耦合传输线的末端连接对应的所述50欧姆传输线；

12、所述耦合传输线设有两条，形成指叉结构，两条所述耦合传输线分别间隔设置于所述高阻抗传输线的两侧；或者，所述耦合传输线设有一条，间隔设置于所述高阻抗传输线的一侧。

13、进一步地，所述射频开关采用单刀四掷射频开关集成芯片，所述射频开关的公共端连接所述高阻抗传输线的端部，所述射频开关的四个开关端口分别连接各所述第一低阻抗传输线和各所述第二低阻抗传输线；

14、其中，所述射频开关的开关端口与对应的所述第二低阻抗传输线之间通过金属过孔连接，所述金属地层设有环绕所述金属过孔外的挖孔。

15、进一步地，所述小型化宽带数字移相器的各传输路径关于其中心轴对称。

16、进一步地，所述谐振器单元依次设置至少两个，各相邻的所述谐振器单元通过耦合器连通。

17、进一步地，还包括设置于所述复合介质基板上的多个控制端点，各所述控制端点连通所述射频开关的控制端口。

18、本发明中小型化宽带数字移相器与现有技术相比，有益效果在于：

19、本方案的谐振器单元包括形状不同的第一低阻抗传输线和第二低阻抗传输线，且两者分别位于复合介质基板的两侧，彼此之间至少部分在厚度方向的投影重叠；射频开关连接第一低阻抗传输线和第二低阻抗传输线、耦合器，耦合器连接50欧姆传输线，通过控制射频开关，即可切换传输通路经过第一低阻抗传输线或第二低阻抗传输线，从而实现相位调节，而且，不同传输通路之间共用耦合器。如此，可以大幅度减小移相器的尺寸，缩小电路面积，通过射频开关切换不同相位路径选择，在多相位、宽移相范围需求下减少级联级数，同时，降低系统插入损耗。

1.一种小型化宽带数字移相器，其特征在于，包括第一介质层、金属地层、第二介质层、谐振器单元以及传输结构；

2.根据权利要求1所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，所述谐振器单元包括两间隔设置的所述第一低阻抗传输线和两间隔设置的所述第二低阻抗传输线，所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线均包括传输本体和连接于所述传输本体一侧且朝外延伸的短路支节；所述第一低阻抗传输线和所述第二低阻抗传输线均通过对应的所述传输本体两端与所述射频开关的端口连接，通过所述短路支节的末端边缘中心与所述金属地层接地。

3.根据权利要求2所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，两所述第一低阻抗传输线和两所述第二低阻抗传输线位置一一对应；一所述第一低阻抗传输线的传输本体为矩形，其对应的所述第二低阻抗传输线的传输本体为矩形。

4.根据权利要求3所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，一所述第一低阻抗传输线的传输本体长为27.6mm，宽为4 mm，其短路支节为矩形，长为12mm，宽为3.5mm；另一所述第一低阻抗传输线的传输本体长为22.2mm，宽为4mm，其短路支节为矩形，长为6mm，宽为8.5mm；

5.根据权利要求4所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，所述小型化宽带数字移相器的工作频带在2.4-3.3 ghz。

6.根据权利要求2所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，所述耦合器包括连接所述射频开关的高阻抗传输线以及与所述高阻抗传输线间隔的耦合传输线，所述耦合传输线的末端连接对应的所述50欧姆传输线；

7.根据权利要求6所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，所述射频开关采用单刀四掷射频开关集成芯片，所述射频开关的公共端连接所述高阻抗传输线的端部，所述射频开关的四个开关端口分别连接各所述第一低阻抗传输线和各所述第二低阻抗传输线；

8.根据权利要求1所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，所述小型化宽带数字移相器的各传输路径关于其中心轴对称。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，所述谐振器单元依次设置至少两个，各相邻的所述谐振器单元通过耦合器连通。

10.根据权利要求9所述的小型化宽带数字移相器，其特征在于，还包括设置于所述复合介质基板上的多个控制端点，各所述控制端点连通所述射频开关的控制端口。