一种面向X波段小型化可编程微带移相电路

本发明涉及微带移相电路，尤其涉及一种面向x波段小型化可编程微带移相电路。

背景技术：

1、x波段广泛应用于雷达探测、电子侦察、电子干扰及雷达对抗等领域。随着相关电磁系统向小型化、阵列化和智能化方向发展，需要在有限空间内集成大量移相、调幅及数字控制电路，因此对电路的集成度、尺寸和成本提出了更高要求。传统微波射频芯片及高精度调控器件成本较高，将其应用于大规模阵列时会显著增加系统整体成本。将射频硬件结构、驱动控制电路及收发单元集成于同一介质基板，利用成熟的印制电路板工艺进行批量加工，从而满足x波段系统对高集成度、小型化和低成本的需求。

2、随着雷达、电子对抗和智能感知系统进一步向低延迟、低功耗方向发展，传统“射频前端—adc/dac—dsp”链式处理架构逐渐面临硬件结构复杂、数据转换速率要求高、系统功耗较大以及处理延迟增加等问题。当前技术的瓶颈在于，在超表面高比特调相或连续调相的需求场景下，常规使用pin二极管作为开关器件的微带移相电路通过开关改变其电长度调控两个端口之间的相位差，难以在超表面亚波长尺寸下提高调相精度。而使用变容二极管对驱动电路具有较高的技术要求，由于其物理性质，调控速率也难以满足时空编码超表面空口计算、电子对抗等场景下的需求。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，解决目前基于移相电路的可编程超表面难以在亚波长尺寸内同时兼顾较高相位调控精度、较低插入损耗和调控速率的问题。

2、技术方案：本发明所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，包括金属贴片结构，由多个矩形贴片构成并设置于介质基板上，金属贴片结构包含串联级联的第一调相单元和第二调相单元，第一调相单元用于提供第一相位调节量，第二调相单元用于提供第二相位调节量，且第二相位调节量为第一相位调节量的两倍；电子开关器件，包括第一开关器件、第二开关器件和第三开关器件，第一开关器件设置于第一调相单元中，第二开关器件和第三开关器件设置于第二调相单元中接收同一控制信号，并同步处于导通状态或截止状态，通过切换各开关器件的导通与截止状态，改变对应调相单元的等效电长度；以及直流隔离器件，设置于金属贴片结构中，用于隔离各开关器件的直流控制信号；移相电路通过三个开关器件的不同通断组合，在输出端口形成四种离散相位状态，且四种状态按预定编码顺序以第一相位调节量为步进依次递增；移相电路的整体结构尺寸小于工作波长，并采用微带线结构集成于介质基板上。

3、进一步的，第一调相结构单元包括依次连接的第一矩形贴片、第二矩形贴片、带接地通孔的第三矩形贴片以及第四矩形贴片，第一电子开关器件连接于第二矩形贴片与第三矩形贴片之间，通过第一电子开关器件的导通与截止切换改变第一调相结构单元的等效电长度。

4、进一步的，第二调相结构单元包括依次连接的第五矩形贴片、第六矩形贴片、第七矩形贴片、带接地通孔的第八矩形贴片、第九矩形贴片以及第十矩形贴片，第二电子开关器件连接于第六矩形贴片与第九矩形贴片之间，第三电子开关器件连接于第七矩形贴片与第八矩形贴片之间，通过同时控制第二电子开关器件和第三电子开关器件的导通与截止切换改变所述第二调相结构单元的等效电长度。

5、进一步的，直流隔离电子器件包括第一直流隔离电子器件和第二直流隔离电子器件，第一直流隔离电子器件连接于第一调相结构单元与第二调相结构单元之间，第二直流隔离电子器件连接于第二调相结构单元内部的第七矩形贴片与第九矩形贴片之间。

6、进一步的，通过第一电子开关器件、第二电子开关器件和第三电子开关器件的导通与截止状态的不同组合，移相电路形成四种编码状态；其中，当第一电子开关器件、第二电子开关器件和第三电子开关器件均截止时，输出端口输出第一相位状态；当第一电子开关器件导通，第二电子开关器件和第三电子开关器件截止时，输出端口输出第二相位状态；当第一电子开关器件截止，第二电子开关器件和第三电子开关器件导通时，输出端口输出第三相位状态；当第一电子开关器件、第二电子开关器件和第三电子开关器件均导通时，输出端口输出第四相位状态。

7、进一步的，以第三相位状态为基准，第四相位状态、第一相位状态和第二相位状态相对于基准分别依次增加第一相位调节量、第二相位调节量和第一相位调节量与第二相位调节量之和，使四种编码状态的输出相位按顺序形成均匀步进。

8、进一步的，电子开关器件为pin二极管，pin二极管的导通与截止状态切换时间小于100纳秒，驱动电压低于1.2伏，以实现快速、低电压的相位调控。

9、进一步的，移相电路采用微带传输线结构，介质基板、金属贴片结构及电子开关器件整体通过印制电路板工艺集成于同一介质基板上。

10、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明的核心目标是设计一款可工作在x波段，采用微带结构的移相电路，通过电子开关器件在导通和截止两个状态，形成两位编码“00”，“01”，“10”，“11”。在移相电路的输出端口实现指定工作频段内相位差约的4种相位状态。“00”，“01”，“10”，“11”编码调控电子开关器件在导通和截止两个状态之间切换，移相电路可以在x波段指定工作频段内实现相位差约为45°、90°和135°的四种相移状态；移相电路的结构紧凑，在亚波长尺寸内级联了两段不同的微带电路，且插入损耗较小；pin二极管具有较快的调控速率以及较低的驱动电压，适用于时空编码超表面快速调控需求，移相电路仅使用pin二极管实现了多比特调控；在x波段微带结构设计，利用成熟的印制电路板（pcb）工艺完成加工，具有加工成本低、工艺成熟等优势。

1.一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，包括金属贴片结构，由多个矩形贴片构成并设置于介质基板上，金属贴片结构包含串联级联的第一调相单元和第二调相单元，第一调相单元用于提供第一相位调节量，第二调相单元用于提供第二相位调节量，且第二相位调节量为第一相位调节量的两倍；电子开关器件，包括第一开关器件、第二开关器件和第三开关器件，第一开关器件设置于第一调相单元中，第二开关器件和第三开关器件设置于第二调相单元中接收同一控制信号，并同步处于导通状态或截止状态，通过切换各开关器件的导通与截止状态，改变对应调相单元的等效电长度；以及直流隔离器件，设置于金属贴片结构中，用于隔离各开关器件的直流控制信号；移相电路通过三个开关器件的不同通断组合，在输出端口形成四种离散相位状态，且四种状态按预定编码顺序以第一相位调节量为步进依次递增；移相电路的整体结构尺寸小于工作波长，并采用微带线结构集成于介质基板上。

2.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，第一调相结构单元包括依次连接的第一矩形贴片、第二矩形贴片、带接地通孔的第三矩形贴片以及第四矩形贴片，第一电子开关器件连接于第二矩形贴片与第三矩形贴片之间，通过第一电子开关器件的导通与截止切换改变第一调相结构单元的等效电长度。

3.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，第二调相结构单元包括依次连接的第五矩形贴片、第六矩形贴片、第七矩形贴片、带接地通孔的第八矩形贴片、第九矩形贴片以及第十矩形贴片，第二电子开关器件连接于第六矩形贴片与第九矩形贴片之间，第三电子开关器件连接于第七矩形贴片与第八矩形贴片之间，通过同时控制第二电子开关器件和第三电子开关器件的导通与截止切换改变所述第二调相结构单元的等效电长度。

4.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，直流隔离电子器件包括第一直流隔离电子器件和第二直流隔离电子器件，第一直流隔离电子器件连接于第一调相结构单元与第二调相结构单元之间，第二直流隔离电子器件连接于第二调相结构单元内部的第七矩形贴片与第九矩形贴片之间。

5.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，通过第一电子开关器件、第二电子开关器件和第三电子开关器件的导通与截止状态的不同组合，移相电路形成四种编码状态；其中，当第一电子开关器件、第二电子开关器件和第三电子开关器件均截止时，输出端口输出第一相位状态；当第一电子开关器件导通，第二电子开关器件和第三电子开关器件截止时，输出端口输出第二相位状态；当第一电子开关器件截止，第二电子开关器件和第三电子开关器件导通时，输出端口输出第三相位状态；当第一电子开关器件、第二电子开关器件和第三电子开关器件均导通时，输出端口输出第四相位状态。

6.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，以第三相位状态为基准，第四相位状态、第一相位状态和第二相位状态相对于基准分别依次增加第一相位调节量、第二相位调节量和第一相位调节量与第二相位调节量之和，使四种编码状态的输出相位按顺序形成均匀步进。

7.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，电子开关器件为pin二极管，pin二极管的导通与截止状态切换时间小于100纳秒，驱动电压低于1.2伏，以实现快速、低电压的相位调控。

8.根据权利要求1所述的一种面向x波段小型化可编程微带移相电路，其特征在于，移相电路采用微带传输线结构，介质基板、金属贴片结构及电子开关器件整体通过印制电路板工艺集成于同一介质基板上。