移相器——移相器介紹


    博主之前一直在關注有源移相器方面的知識,所以想在這里對有源移相器做一個大體介紹。

摘要

    隨着物聯網、大數據、5G時代的來臨,無線通信、相控陣系統、PAM4接收機發射機等系統,也正在經歷又一輪的技術革新。移相器作為其中的關鍵模塊,也在持續發展。開始的移相器基本都為一些無源元件構成的無源移相器,但由於其占據面積較大,移相精度不高,無源移相器正面臨着發展瓶頸,近些年有很多低功耗、小面積、低成本的有源移相器正在漸漸變為研究熱點。移相器又有數字式、模擬式和數模混合式,目前主流的移相器為數字式,通過開關的切換來選擇均勻步進的相位。下面將是移相器的基本概念介紹。

介紹

    移相器(phase shifter)是無線通信、相控陣系統、PAM4接收機發射機等系統中的關鍵模塊,其用來改變信號的相位,它的分類如圖1所示。移相的精度是其最重要的考察指標,從開始的誤差高達十幾度的4位有源數控移相器,發展到現在誤差僅為幾度的6位有源數控移相器,結構的變化,工藝的改進,共同推動了有源數控移相器的進步。

1 移相器的分類

    有源數控移相器主要為矢量調制型,其基本原理如圖2所示。圖(a)表示矢量調制的基本原理,A1為原始信號,A2為正交信號,AΣ為其合成信號。圖(b)表示的是一對差分信號轉成的正交信號,這樣可以覆蓋360°的相移。

 

2 矢量調制原理

    有源移相器的主要指標包括工作范圍、移相范圍、移相精度、相位誤差等。移相器的工作范圍又稱工作頻帶,它是指移相器可以完成正常移相功能的頻率范圍,其中,保證移相器正常工作的最高頻率稱為移相器的工作頻帶上限,正常工作的最低頻率稱為移相器的工作頻帶下限。移相器的移相范圍是指移相器所能實現的輸出信號與輸入信號的最大相位差值,常用的移相范圍有0—180°0—360°,目前基本都是0—360°的移相范圍。移相精度是指移相器所能實現的最小相移量,對數字步進式移相器(又稱數控移相器)來說,移相精度與步進位數有關。常用的移相精度為25°11.25°5.625°,對應的步進位數分別為4位、5位和6位。對於360°移相范圍的移相器來說,其移相精度和步進位數的關系為

    其中,θ為移相精度,n為移相器的步進位數。對於數控移相器來說,其在理想情況下產生的是標准的參考相位,如對於5位數控移相器,其產生的一系列參考相位為01125°22.5°3375°45°等,而實際的電路中,由於理想元器件並不存在,再加上電路中的其他非理想效應和工藝誤差,實際產生的相移量與相應的參考相位之間會存在一定的偏差。相位誤差有兩種表示方法,一種是最大相位誤差,一種是均方根相位誤差,一般采用均方根相位誤差來表示。

 


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