本文件涉及毫米波集成電路相控陣，尤其涉及一種正交耦合器的毫米波移相器。

背景技術(shù)：

1、隨著5g技術(shù)的快速發(fā)展，對通信系統(tǒng)的頻譜利用率和信號處理精度提出了更高的要求。隨著科技的發(fā)展與進步，毫米波頻段(30ghz到300ghz)因其豐富的頻譜資源而受到廣泛關(guān)注，毫米波頻段的無線通信和傳感器技術(shù)也逐漸成為技術(shù)發(fā)展的熱點。盡管毫米波頻段在高速通信等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢，但其也面臨著不小的挑戰(zhàn)。如毫米波信號在傳輸過程中會面臨較大的損耗和嚴(yán)重的衰減以及電磁干擾問題，為了解決毫米波頻段存在的問題，目前傾向于采用相控陣技術(shù)進行改善。移相器作為毫米波相控陣系統(tǒng)的核心模塊，其相位控制精度直接影響著相控陣系統(tǒng)的整體性能。這一技術(shù)突破使得毫米波移相器能夠更好地滿足對高精度和高靈活性的需求。研究和開發(fā)外部可調(diào)正交信號的毫米波移相器，不僅可以提升相控陣系統(tǒng)的整體性能，還能推動相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。

2、當(dāng)前的移相器依據(jù)有源和無源主要可分為無源移相器和有源移相器，無源移相器又分為傳輸線型、反射型、開關(guān)型以及無源矢量調(diào)制型等；有源移相器包括矢量調(diào)制型。相比帶寬窄、相位分辨率差的無源移相器，有源矢量調(diào)制型移相器雖然有一定功耗，但可以提供更高的相位控制精度和更大的帶寬，現(xiàn)有的有源矢量調(diào)制型移相器是采用正交信號發(fā)生器產(chǎn)生正交的i、q信號，然后用幅度調(diào)制模塊進行增益調(diào)制和移相控制，移相器的工作頻率范圍是由正交信號發(fā)生器決定的，正交發(fā)生器采用rc-cr網(wǎng)絡(luò)、lc諧振正交網(wǎng)絡(luò)、高低通濾波網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、分支線耦合器以及混合式正交耦合器等，這些結(jié)構(gòu)的工作頻率范圍、產(chǎn)生正交信號的相位以及幅度是固定的，設(shè)計并流片出來是無法進行改變的；因此，目前亟需一種可通過外部電壓調(diào)節(jié)工作頻率的移相器，其正交耦合器中電感間耦合電容容值大小，可以改變正交耦合器中電感間的耦合電容大小，從而使移相器工作在不同的頻段，實現(xiàn)多頻段工作。并且該移相器可以在整個設(shè)計完成或是流片出來對其正交信號發(fā)生器進行相位和幅度的微調(diào)，使其一項移相效果更加準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種正交耦合器的毫米波移相器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。

2、本發(fā)明提供一種正交耦合器的毫米波移相器，包括：

3、輸入巴倫，用于接收單端信號，并將單端信號轉(zhuǎn)化為輸入差分信號，并將所述輸入差分信號發(fā)送到正交信號發(fā)生器；

4、正交信號發(fā)生器，用于基于所述輸入差分信號產(chǎn)生正交信號，通過所述變壓器發(fā)送到所述可變增益放大器；

5、變壓器，連接所述正交信號發(fā)生器和所述可變增益放大器，用于對所述正交信號發(fā)生器和所述可變增益放大器進行級間匹配；

6、可變增益放大器，用于基于所述正交信號，進行增益控制，并將所述正交信號合成為輸出差分信號；

7、輸出巴倫，用于將所述輸出差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號并輸出。

8、采用本發(fā)明實施例的具有可外部校準(zhǔn)的正交耦合器的毫米波移相器，能夠?qū)崿F(xiàn)對5g射頻毫米波相控陣系統(tǒng)的應(yīng)用。通過外部施加電壓，可以調(diào)節(jié)正交耦合器的工作頻率范圍以及正交信號的相位和幅度，可有效改變移相器的工作頻率及均方根(rms)相位和增益誤差，從而實現(xiàn)工作頻率的切換、多頻段的相位合成以及對毫米波信號的精準(zhǔn)控制。這種靈活性使移相器能夠適應(yīng)5g系統(tǒng)中各種頻段的需求，尤其是毫米波頻段，增加了可調(diào)控的參數(shù)，可實現(xiàn)多頻段的毫米波通信，該移相器能夠在更廣泛的應(yīng)用場景中工作。此外，在流片后對移相器進行微調(diào)校準(zhǔn)的能力，使得最終的系統(tǒng)性能更加精準(zhǔn)與可靠，可以有效提升5g通信的傳輸質(zhì)量和信號穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述輸入巴倫和所述輸出巴倫基于變壓器實現(xiàn)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述正交信號發(fā)生器為可外部校準(zhǔn)的混合式正交耦合器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述可外部校準(zhǔn)的混合式正交耦合器為垂直耦合的變壓器結(jié)構(gòu)，四個可調(diào)電容cv1-cv4分別設(shè)置于所述可外部校準(zhǔn)的混合式正交耦合器的層間耦合電容所在的位置處，每個可調(diào)電容的電壓偏置處分別設(shè)置有開關(guān)，所述開關(guān)用于控制相應(yīng)可調(diào)電容cv1-cv4的接入，通過所述開關(guān)與控制電壓連接，通過所述控制電壓改變可調(diào)電容cv1-cv4的容值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述可調(diào)電容cv1-cv4采用mos變?nèi)莨埽渲?，所述mos變?nèi)莨苁且环N基于mos結(jié)構(gòu)的變?nèi)荻O管，通過改變柵極電壓來調(diào)節(jié)電容值；所述mos變?nèi)莨苋葜档拇笮∈軚艠O和襯底之間的電壓vgb控制，根據(jù)vgb的不同，mos變?nèi)莨芄ぷ髟诓煌瑓^(qū)域，mos變?nèi)莨艿囊r底直接連接在電路中的最低電位上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述正交信號發(fā)生器具體用于：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述可變增益放大器包括多套電流舵結(jié)構(gòu)，并采用外部dac進行增益控制，其中，一套電流舵結(jié)構(gòu)包括：跨導(dǎo)管m1-m4，用于進行增益的放大與合成，恒流源管m5-m6，用于進行增益控制，所述跨導(dǎo)管m1-m4與恒流源管m5-m6構(gòu)成吉爾伯特單元。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述變壓器通過抽頭為所述可變增益放大器的跨導(dǎo)管的柵極供電；所述輸出巴倫通過抽頭為所述可變增益放大器的跨導(dǎo)管的漏極進行供電。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述可變增益放大器具體用于：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的正交耦合器的毫米波移相器，其特征在于，所述dac采用電流舵結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本說明書實施例提供了一種正交耦合器的毫米波移相器，其中，包括：輸入巴倫，用于接收單端信號，并將單端信號轉(zhuǎn)化為輸入差分信號，并將所述輸入差分信號發(fā)送到正交信號發(fā)生器；正交信號發(fā)生器，用于基于所述輸入差分信號產(chǎn)生正交信號，通過所述變壓器發(fā)送到所述可變增益放大器；變壓器，連接所述正交信號發(fā)生器和所述可變增益放大器，用于對所述正交信號發(fā)生器和所述可變增益放大器進行級間匹配；可變增益放大器，用于基于所述正交信號，進行增益控制，并將所述正交信號合成為輸出差分信號；輸出巴倫，用于將所述輸出差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號并輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：趙星,李依潞,李彬鴻,譚少峰,羅軍
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院微電子研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15