[发明专利]一种低功耗宽带无源移相器及相控阵装置

说明书

本发明属于集成电路技术领域，具体的说是涉及一种低功耗宽带无源移相器及相控阵装置。本发明将覆盖29~30GHz和18~20.5GHz双频段的两个无源移相器集成到一个电路中，用开关实现两个频段切换，解决宽带覆盖的问题，同时实现了芯片低功耗、体积小的特点，可以延长电池使用时间，减轻无人机载重。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体的说是涉及一种低功耗宽带无源移相器及相控阵装置。

背景技术

近年来，中小型无人机发展迅速，如快递运输无人机、森林消防无人机、科考无人机等。这类无人机飞行半径可达几十公里上百公里，控制指令仅依靠地面信号盲区很大，如果再要求实时远距离图像传输，则通过卫星通信系统实现是最合适的手段。

实时图像传输需要宽带数据收发功能，全向天线实现高功率较为困难，使用动中通天线更为合适，其波束能时刻指向卫星方向。传统车载、船载动中通天线主要是机械式，但重量和体积不适用于机载场景。因此，机载场景主要使用相控阵动中通天线，体积小，相控调整波束，无需机械结构，重量轻。

相控阵天线是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状，控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，达到波束扫描的目的，也可以通过加权优化控制副瓣电平、最小值位置等参数。卫星在轨道上不停地快速运动，相控阵天线可保持跟踪，并能很快地从跟踪一颗卫星切换到另一颗。

半导体移相器作为相控阵系统中的重要组成器件, 是一种可以改变射频信号相位的装置，其性能优劣直接影响着整体系统的性能。在微波毫米波集成电路发展初期,以砷化镓为代表的Ⅲ-Ⅴ族工艺是高频电路设计领域主要应用技术,但由于工艺复杂,使得该工艺产能不稳定,成本居高不下。而基于硅材料的工艺具有成本低、集成度高等优势,随着特征尺寸的逐步减小,器件的工作频率和射频性能有了很大的提高,越来越多的用来制造射频集成电路。

半导体移相器采用无源结构，电路简单体积小，能双向传播信号，且不消耗直流功耗，因此适用于无人机这类对体积和功耗有特殊要求的场景。但是相对有源移相器的缺点是带宽较窄，难以覆盖宽带应用，特别是在宽带卫星通信所在的26.5~40GHz频段。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种低功耗宽带无源移相器及相控阵装置，主要将覆盖29~30GHz和18~20.5GHz双频段的两个无源移相器集成到一个电路中，用开关实现两个频段切换，可以解决宽带覆盖的问题。

本发明的技术方案为：

一种低功耗宽带无源移相器，包括多个依次串联的移相子单元，所述移相子单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一电容和第二电容；其中，第一开关的一端和第一电感的一端连接，作为移相子单元的一端，第一开关的另一端和第四电感的一端连接，作为移相子单元的另一端；第一电感的另一端和第二开关的一端、第二电感的一端连接；第二电感的另一端和第一电容的一端、第二电容的一端以及第三电感的一端连接；第一电容的另一端通过第三开关后接地，第二电容的另一端通过第四开关后接地；第三电感的另一端和第二开关的另一端、第四电感的另一端连接；所述移相子单元均覆盖29~30GHz和18~20.5GHz两个频段。

进一步的，所述无源移相器的移相精度与移相子单元的数量相对应。

进一步的，所述无源移相器是2位精度，则移相子单元的数量为2，分别是180°和90°移相量。

进一步的，所述无源移相器是5位精度，则移相子单元的数量为5，分别是180°、90°、45°、22.5°和12.5°移相量。