多波段多端口電路相位檢測

1、分析新的多波段多端口電路相位檢測的應(yīng)用程序一介紹雙或多操作在當(dāng)今的無線系統(tǒng)是相當(dāng)合適的。例如，如果是單一的相位檢測器是基于多端口技術(shù)并且能夠支持多頻帶，那么多個檢測器就不在必要。因此，需要不同頻段的應(yīng)用可以與一個單一的相位檢測器同時操作。這減小了電路的尺寸，導(dǎo)致系統(tǒng)的緊湊。在微波測量上，多端口的振幅和相位檢測器在單頻帶上已得到廣泛應(yīng)用，直接轉(zhuǎn)換無線電波和雷達(dá)接收器。然而這些電路不能回復(fù)多頻帶。為了克服這些問題，在文章中我們提出新的設(shè)計理念，使用四個90度混合圓形的耦合器實(shí)現(xiàn)多頻帶操作。為了證實(shí)該方法的性能，原型，設(shè)計，制造和測試。仿真和測試結(jié)果也將被提出和討論。二多端口電路典型的多端口電路有2

2、個輸入和4個或更多的輸出。輸入端的一個信號的參考信號，另一個信號為未知信號。功率檢測器是為了獲得基帶連接這些輸出信號。模擬、數(shù)字信號處理后輸出的基帶信號允許高精度的相對相位和振幅。圖1 多頻帶多端口的電路照片電路布局如圖1所示。所提出的多端口設(shè)計的多端口操作是S波段（2-2.45GHz），C波段（5.8GHz），X波段（9.4GHz）。該電路由小型混合微波集成電路技術(shù)制造而成，是一個6.15的相對電容率，和厚度1.27毫米基板。四個90度的混合耦合器和相關(guān)的圓形微波傳輸線組成的電路。它的尺寸是85*85mm。附加的1/4波長線可以從端口同相信號5輸入。其他端口使用Wilkinson（威爾森)功

3、率分配器實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。通過這種方法可以提高寬帶。輸出端口為1到4，輸入端口為5（參考信號）和6（未知信號）。兩個50歐姆的負(fù)載加在7和8之間。為了獲得基帶信號，需要使用寬帶射頻功率檢測器。假設(shè)我們有兩個輸入信號，在端口5,6具有不同振幅和相位。它們之間的相位差為，它們的振幅比為 眾所周知，射頻輸出信號（前探測器），在端口1到4,是傳輸參數(shù)的函數(shù) 是多端口輸入和輸出之間的傳輸函數(shù)。由于使用的是90度的混合耦合器，這些參數(shù)的理論值會下降6 db。同時，相同參數(shù)的乘以 90度后得到不同的相位，其輸出端口也不同。我們都知道，一個功率檢測器的直流輸出電壓的大小與第二RF輸入功率成一定比例關(guān)系 圖2 仿

4、真和測量的回波損耗在參考端口（5） 圖3 仿真和測量的回波損耗在RF輸入端口（6）在使用模擬信號處理的振幅/相位中采用了一種差分方法。采用矢量法來定義四個輸出直流電壓 在這個多端口方程中，是一個常數(shù)，是一個參考信號幅度，是未知信號和參考信號的振幅比，是RF與輸入信號間的相位差。因此，在復(fù)平面上通過測量基帶信號的相位，我們將會獲得未知RF信號的相位。結(jié)果仿真和測量時該電路使用前的準(zhǔn)備?；旌像詈掀魇侨ǘ尾僮鞯膬?yōu)化。該耦合器的幾何形狀提供了優(yōu)異的性能參數(shù)S。因此，對于該多端口電路相同的結(jié)果較多?；?fù)軗p耗的分析是工作頻率的主要指標(biāo)。如圖2.，3顯示了仿真和測量回?fù)軗p耗與頻率的關(guān)系。可以觀察到被提出的

5、電路在3個波段上操作：S波段，C波段，X波段。圖4 顯示了一個典型的模擬和測量的傳輸順好參數(shù)與頻率的關(guān)系。如圖所示，在所有頻段上實(shí)現(xiàn)約6 db的降低。圖5-7顯示傳輸參數(shù)在所有操作頻帶的相位。一個帶寬為800MHz在每一種情況下都成立。這些數(shù)據(jù)表明，相位是隨頻率的線性變化。另外，傳輸參數(shù)S的相位變化是90度的倍數(shù)，以多端口結(jié)構(gòu)為例。相位誤差最小在5度在整個頻帶上。圖4 典型的模擬和測量的傳輸損失圖5 S檢測帶相位的傳輸參數(shù)圖6 C檢測帶相位的傳輸參數(shù)圖7 X檢測帶相位的傳輸參數(shù)例如，輸出信號在端口1,2間必須有180度的相位差。另外，輸出端口3,4必須在同一相位。圖5-7就證明了以上結(jié)果。在端

6、口5我們獲得了相似的仿真結(jié)果和測量結(jié)果。最后所有的多端口參數(shù)S（回波損耗，隔離傳輸，振幅和相位）將會被分析，并取得良好的結(jié)果。方程（5）表示，基帶矢量是一個圓環(huán)。此矢量的相位之間相位差的函數(shù)與RF輸入信號有關(guān)。如果參考信號加在端口5，那么在端口6上的未知信號的相位將會被知曉。先進(jìn)設(shè)計（ADS）的諧波平衡模擬進(jìn)行了使用多端口電路模型，驗(yàn)證參數(shù)S的測量（見圖2-4）。RF功率的RF端口被設(shè)置為0 dB m。端口6輸入射頻信號的相位是360度的任意數(shù)。圖8顯示了在所有頻段的矢量形狀。中心頻率，回波損耗的結(jié)果由分析得出。仿真步長為5度，矢量形狀近似為圓形，如圖所示。幅相誤差，與參數(shù)偏量的理論值的偏差很

7、小。如圖所示，在S波段和C波段頻率上，矢量半徑幾乎是相同的。在X波段頻率，由于傳輸損耗增加對于相同的輸入功率它的半徑將減小。同時，可以看出，如果RF輸入相位發(fā)生變化，基帶的相位也會跟著變化，用圓形或星標(biāo)志表明，基帶信號相位以相同的步長5度變化，在RF輸入端口6。矢量逆時針在S波段和X波段頻率和時針在C波段頻率（詳見公式5和圖5-7）。因此，相位矢量（到RF輸入相關(guān)的信號相位）可以輕易的通過模擬或數(shù)字信號測量獲得。方程（5）表示，矢量幅度是與成正比。用橢圓代替圓，如果實(shí)際上的最大值的不平衡得到的實(shí)部和虛部的矢量，該DSP將會考慮校準(zhǔn)程序。該實(shí)驗(yàn)電路采用基帶電路制作運(yùn)算放大器根據(jù)公式（5），寬帶探測器是WIL