相移設(shè)備的制作方法
【專利摘要】公開一種相移設(shè)備。該相移設(shè)備包括：輸入，可操作用于接收待調(diào)整的輸入信號(hào)；耦合設(shè)備，與輸入和輸出耦合；以及至少一個(gè)集總等效阻抗變換器電路，該集總等效阻抗變換器電路與耦合設(shè)備耦合以接收輸入信號(hào)，集總等效阻抗變換器電路具有液晶可變電容器，液晶可變電容器可操作用于響應(yīng)于向液晶可變電容器施加的偏置電壓來調(diào)整輸入信號(hào)并且向耦合設(shè)備提供經(jīng)調(diào)整的輸入信號(hào)作為輸出信號(hào)。取代使用微帶結(jié)構(gòu)，代之以使用集總元件等效物，這使得有可能利用液晶結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)、但是以更緊湊形式。
【專利說明】相移設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種相移設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如相移設(shè)備之類的信號(hào)處理設(shè)備是已知的。
[0003]這樣的信號(hào)處理設(shè)備通常接收將由信號(hào)處理設(shè)備處理的信號(hào)并且提供經(jīng)信號(hào)處理設(shè)備處理的信號(hào)。信號(hào)處理通常以某種方式改變接收的信號(hào)以使其適合于繼續(xù)傳輸。這樣的信號(hào)處理設(shè)備可以在電信系統(tǒng)中使用并且可能被要求在高頻率操作。例如要求諸如相移器之類的信號(hào)處理設(shè)備對(duì)在千兆赫區(qū)域中操作的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0004]為特定應(yīng)用選擇相移器受許多因素影響；例如從設(shè)備可獲得的相移量、設(shè)備引起的插入損耗(insertion loss)和設(shè)備的功率處置(power handling)能力。對(duì)于更低功率處置能力，通過使用變?nèi)萜骱蚿in 二極管布置以實(shí)現(xiàn)插入相位變化來獲得相移變化。雖然這樣的相移器為低功率操作提供可接受的性能，但是它們具有其不足，并且這些不足在每個(gè)射頻系統(tǒng)通常需要大量這樣的相移器的典型電信系統(tǒng)中加劇。
[0005]因而期望提供一種改進(jìn)的相移設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)第一方面，提供有如權(quán)利要求1所述的一種相移設(shè)備。
[0007]第一方面認(rèn)識(shí)到可以在相移設(shè)備中利用液晶的介電性質(zhì)的電壓可調(diào)諧性以及基于液晶的相移設(shè)備可以提供方便、可控、準(zhǔn)確和低成本設(shè)備。在原理上，液晶是各向異性介電材料，這意味著它們關(guān)于施加的電場或者磁場的方向表現(xiàn)出不同的介電性質(zhì)。然而第一方面也認(rèn)識(shí)到在低千兆赫區(qū)域中操作的相移設(shè)備中操作液晶技術(shù)面臨直接問題。一般而言，設(shè)備的大小與設(shè)備操作的波長可相比，并且隨著頻率減少，波長增加，因此射頻設(shè)備的大小也增加。例如在60千兆赫(毫米波頻率)的自由空間波長為5mm，而在2千兆赫(S頻帶)的自由空間波長為150_。這推斷如果使用直接縮放(direct scaling)則在2千兆赫操作的基于液晶的相移設(shè)備具有比它在60千兆赫的等效大小大近似30倍的大小。因而，當(dāng)在反射式相移器的設(shè)計(jì)中使用液晶結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖1中所示，使用由液晶形成的電極來實(shí)現(xiàn)反射負(fù)載，該電極在效果上是諧振微帶線(microstrip line)。由于在液晶襯底上形成微帶線，它在60千兆赫頻率的長度為2mm級(jí)。然而當(dāng)在更低頻率(例如2千兆赫)實(shí)施這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，微帶線的長度需要更長近似30倍。這造成越來越長的微帶線從而可能很快變成禁止性的長度。因此，第一方面認(rèn)識(shí)到期望提供一種具有與現(xiàn)有設(shè)備可相比的大小而無損于它的性能的相移設(shè)備。
[0008]第一方面認(rèn)識(shí)到如果代之以使用集總元件等效物而不是使用微帶結(jié)構(gòu)，則有可能利用液晶結(jié)構(gòu)、但是以更緊湊形式。將理解由電感器和電容器網(wǎng)絡(luò)組成的集總元件等效物可以代表微帶線的特征。這使得能夠使用液晶襯底來僅實(shí)現(xiàn)電容器而可以使用諸如表面貼裝之類的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束來實(shí)現(xiàn)電感器。以這一方式，顯著減少設(shè)備的等效大小，并且它的尺寸可以有效地由電感器的長度確定。
[0009]因而可以提供一種相移設(shè)備。相移設(shè)備可以包括輸入，該輸入接收將由相移設(shè)備調(diào)整的輸入信號(hào)?？梢蕴峁┛梢詫⑤斎肱c輸出耦合的耦合設(shè)備。耦合設(shè)備也可以與至少一個(gè)集總等效阻抗變換器電路(lumped equivalent impedance transformer circuit)率禹合。然后可以由集總等效阻抗變換器電路接收輸入信號(hào)?？梢栽诩偟刃ё杩棺儞Q器電路內(nèi)提供液晶可變電容器。液晶可變電容器然后可以響應(yīng)于向液晶可變電容器施加的偏置電壓來調(diào)整輸入信號(hào)并且向耦合設(shè)備提供該經(jīng)調(diào)整的輸入信號(hào)作為輸出信號(hào)。以這一方式，可見取代使用微帶線作為阻抗變換器，可以代之以提供集總等效電路。
[0010]將理解集總元件等效電路可以包括提供微帶線的等效特性的分立電抗器件網(wǎng)絡(luò)。這些電抗器件中的一些電抗器件可以由如下液晶可變電容器提供，這些液晶可變電容器的電抗響應(yīng)于向那些可變電容器施加的偏置信號(hào)而可變。使用集總等效阻抗變換器電路提供可變形以使輸入信號(hào)能夠被調(diào)整而又也使緊湊電路布置能夠被提供。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括半波長集總等效阻抗變換器電路(half wavelength lumped equivalent impedance transformer circuit),該半波長集總等效阻抗變換器電路包括一對(duì)電感器，該對(duì)電感器在其端部與第一液晶可變電容器、第二液晶可變電容器和第三液晶可變電容器串聯(lián)耦合，該半波長集總等效阻抗變換器電路可操作用于響應(yīng)于偏置電壓來向混合耦合器呈現(xiàn)可變阻抗和可變有效電長度二者以提供經(jīng)調(diào)整的相位輸入信號(hào)作為輸出信號(hào)。因而集總等效阻抗變換器電路可以包括與兩個(gè)電感器耦合的三個(gè)液晶可變電容器的網(wǎng)絡(luò)以提供與半波長微帶線等效的分立組件的等效電路。通過提供與半波長微帶線等效的集總等效電路，有可能通過偏置可變電容器以改變它們的電容來容易調(diào)整輸入信號(hào)的相位。實(shí)施半波長微帶線為集總等效電路有助于使電路的大小與它的操作頻率之間的任何直接縮放關(guān)系去耦合。換而言之，操作頻率中的倍數(shù)減少不再不可避免地造成電路的組件的長度的對(duì)應(yīng)倍數(shù)增加。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，第一液晶可變電容器和第二液晶可變電容器具有匹配的電容。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，第一液晶可變電容器和第二液晶可變電容器的電抗的絕對(duì)值與該對(duì)電感器中的每個(gè)電感器的電抗的絕對(duì)值匹配。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，第二液晶可變電容器具有第一液晶可變電容器和第三液晶可變電容器中的每個(gè)液晶可變電容器的電容的兩倍的電容。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括半波長集總等效阻抗變換器電路的整數(shù)倍個(gè)，
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括半波長集總等效阻抗變換器電路，該半波長集總等效阻抗變換器電路包括一對(duì)液晶可變電容器，該對(duì)液晶可變電容器在其端部與第一電感器、第二電感器和第三電感器串聯(lián)耦合，該半波長集總等效阻抗變換器電路可操作用于響應(yīng)于偏置電壓來向混合耦合器呈現(xiàn)可變阻抗和可變有效電長度二者以提供經(jīng)調(diào)整的相位輸入信號(hào)作為輸出信號(hào)。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，該對(duì)液晶可變電容器具有匹配的電容。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，第一電感器和第二電感器的電抗的絕對(duì)值與該對(duì)液晶可變電容器中的每個(gè)液晶可變電容器的絕對(duì)值匹配。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，第二電感器具有第一電感器和第三電感器中的每個(gè)電感器的電感的一半的電感。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括整倍個(gè)數(shù)的半波長集總等效阻抗變換器電路。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括至少一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路。因而根據(jù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式，可以有必要提供一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路以便使耦合設(shè)備能夠正確地操作并且從輸入信號(hào)提供所需輸出信號(hào)。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括均與混合耦合器并聯(lián)耦合的至少一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括由四分之一波阻抗變換器(quarter wave impedance transformer)稱合的至少一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路。因而，每個(gè)集總等效阻抗變換器電路可以包括由四分之一波阻抗變換器耦合在一起的兩個(gè)或者更多個(gè)半波長集總等效阻抗變換器電路。將理解通過提供附加半波長集總等效阻抗變換器電路來提高設(shè)備的帶寬。另外，增加的相移是可能的。然而這可能造成增加的插入損耗(insertion loss)。這可以通過減少每個(gè)半波長集總等效阻抗變換器電路提供的相移量、但是保證用于該對(duì)的總相移在盡可能廣的帶寬上大于預(yù)定量(諸如例如90° )來解決。減少每個(gè)半波長集總等效阻抗變換器電路提供的相移具有減少液晶可變電容器的長度的結(jié)果，這可以減少設(shè)備大小。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，集總等效阻抗變換器電路包括由四分之一波阻抗變換器耦合的至少第一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路和由四分之一波阻抗變換器耦合的至少第二對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路，該第一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路和該第二對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路均與混合耦合器并聯(lián)耦合。因而，第一對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路和第二對(duì)半波長集總等效阻抗變換器電路可以均與混合耦合器耦合以便接收和輸出適當(dāng)信號(hào)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，液晶可變電容器包括平行板液晶可變電容器。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，電感器包括微帶線。
[0027]在附帶的獨(dú)立和從屬權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的更多具體和優(yōu)選方面。從屬權(quán)利要求的特征可以如適合的那樣與獨(dú)立權(quán)利要求的特征組合，并且以除了權(quán)利要求中明確地闡述的組合之外的組合方式進(jìn)行組合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]現(xiàn)在將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中:
[0029]圖1圖示反射式相移器；
[0030]圖2圖示液晶結(jié)構(gòu)；
[0031]圖3 圖不與半波長諧振微帶線(half wavelength resonant microstrip line)對(duì)應(yīng)的集總等效電路；
[0032]圖4至6圖示與半波長諧振微帶線對(duì)應(yīng)的可替換集總等效電路；
[0033]圖7圖不第一相移器；
[0034]圖8a至Sc示出作為用于圖7的相移器的構(gòu)建塊而使用的等效集總電路的示例實(shí)現(xiàn)方式；[0035]圖9示出圖7的相移器的示例實(shí)現(xiàn)方式；
[0036]圖10示出圖7的相移器的差分移相；
[0037]圖11示出圖1的相移器100的插入損耗；
[0038]圖12示出圖1的相移器100的返回?fù)p耗；
[0039]圖13a和13b示出由四分之一波長微帶線變換器耦合的一對(duì)等效集總電路的示例實(shí)現(xiàn)方式，該四分之一波長微帶線變換器用作構(gòu)建塊以用于提供第二相移器；
[0040]圖14示出第二相移器的示例實(shí)現(xiàn)方式；
[0041]圖15示出圖14的相移器的差分移相；
[0042]圖16示出圖14的相移器100的插入損耗；以及
[0043]圖17示出圖14的相移器100的返回?fù)p耗。
【具體實(shí)施方式】
[0044]概況
[0045]在用任何細(xì)節(jié)討論實(shí)施例之前，現(xiàn)在將描述根據(jù)實(shí)施例的相移設(shè)備的概況。如以上提到的那樣，各實(shí)施例認(rèn)識(shí)到相移設(shè)備、尤其為在高頻率(比如無線電信設(shè)備利用的千兆赫頻率)操作的相移設(shè)備可以利用諧振液晶電極作為諧振微帶線以便執(zhí)行所需信號(hào)處理。然而如以上提到的那樣，以這一方式利用液晶結(jié)構(gòu)的問題在于隨著設(shè)備的操作頻率減少，諧振液晶電極的長度需要增加。
[0046]如以上提到的那樣，圖1圖示使用微帶線來實(shí)施的相移器。相移器在混合耦合器的一個(gè)輸入接收輸入并且從混合耦合器的輸出將經(jīng)相移的輸出信號(hào)輸出。輸入信號(hào)被拆分并且與相移一起向兩個(gè)諧振液晶電極微帶線提供。諧振液晶電極微帶線的長度將依賴于待處理的輸入信號(hào)的頻率。對(duì)于2千兆赫的信號(hào)，諧振液晶電極微帶線的長度將需要約為60_。這一長度隨著頻率降低而增加。向諧振液晶電極微帶線施加偏置電壓將在輸出信號(hào)中引起相移。
[0047]取代使用液晶器件作為諧振電極，各實(shí)施例代之以提供與諧振微帶線具有相同的特性的由分立電抗組件組成的集總元件等效電路。因此可以使用集總等效電路來提供與微帶線相同的效果并且通過調(diào)整分立組件的特性而調(diào)整的電路的特性。具體而言，這樣的集總等效電路包括電感器和電容器網(wǎng)絡(luò)，電容器由液晶結(jié)構(gòu)形成以提供如下可變電容器，該可變電容器的特性可以通過向液晶結(jié)構(gòu)施加偏置電壓來變化。
[0048]以這一方式，能夠看到可以代之以使用形成如下集總等效電路的分立器件來實(shí)施使用至少一個(gè)諧振微帶線來執(zhí)行信號(hào)處理的相移設(shè)備，該集總等效電路簡單地通過變化向液晶可變電容器施加的偏置來使得能夠?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行改變，該液晶可變電容器提供為該集總等效電路內(nèi)的分立組件中的至少一個(gè)分立組件。通過避免使用實(shí)際諧振微帶線，設(shè)備的尺寸更少受它的操作頻率影響，該操作頻率由輸入信號(hào)的頻率規(guī)定。將理解這樣的方式提供緊湊和可縮放的相移設(shè)備。
[0049]在更具體討論相移設(shè)備布置之前，現(xiàn)在將給出液晶器件的概況。最常用的向列型液晶相的分子可以視為如下細(xì)長的桿，這些桿使它們本身沿著施加的電場或者磁場的方向定向。如圖2中所示，這些細(xì)長的分子相對(duì)于施加的場的定向引起介電各向異性。這里，在方便地沉積于襯底上的兩個(gè)電極的系統(tǒng)內(nèi)包含向列型液晶的分子。在這一說明性示例中，用如下聚酰亞胺(polyimide)處理電極,該聚酰亞胺充當(dāng)為了保證液晶的分子在施加的場不存在時(shí)在預(yù)定義方向上的定向而需要的對(duì)準(zhǔn)層。這有效地定義液晶分子的“接地”或者“零”狀態(tài)，該狀態(tài)在宏觀上由液晶層的相對(duì)介電常數(shù)&表征，其中丄指示RF電場的方向垂直于液晶分子的方向。隨著增加偏置電壓(DC或者低頻電壓)，液晶的分子使它們本身在施加的場的方向上定向從而引起液晶層的不同介電常數(shù)S，其中P指示液晶分子和RF電場相互平行。這樣看來，液晶的介電常數(shù)是電壓可調(diào)諧的，并且可調(diào)諧性的程度由稱為
介電各向異性的兩個(gè)相對(duì)介電常數(shù)之差= εΓρ 確定。在RF頻率，?:2.7并且-
3.2，但是它可以根據(jù)使用的液晶的類型變化。圖2中所示兩電極液晶系統(tǒng)有效地是具有由
給定的電容比的電壓可調(diào)諧并聯(lián)板電容器。
[0050]集總等效電路
[0051]用于信號(hào)處理器的構(gòu)建決是如下集總等效電路，這些集總等效電路并入取代在各種配置中使用的半波長諧振微帶線的液晶可變電容器?，F(xiàn)在將描述四種示例集總等效電路。
[0052]示例 I
[0053]圖3圖示與半波長諧振微帶線20對(duì)應(yīng)的集總等效電路10。集總等效元件電路10是電抗分立器件的網(wǎng)絡(luò)。在這一示例中，在網(wǎng)絡(luò)10上圖示的點(diǎn)A與在半波長微帶器件20上示出的點(diǎn)A對(duì)應(yīng),點(diǎn)B也是如此。
[0054]網(wǎng)絡(luò)10包括兩個(gè)電感器和三個(gè)液晶可變電容器。電感器在點(diǎn)A與點(diǎn)B之間以串聯(lián)方式布置。相對(duì)于點(diǎn)A以與電感器之一并聯(lián)方式提供第一電容器。類似地,相對(duì)于點(diǎn)B以與第二電感器并聯(lián)方式提供電容器。提供耦合到在第一與第二電感器之間的節(jié)點(diǎn)的第三電容器。這些電感器具有匹配的電感。第一電容器和第二電容器具有匹配的電容。第三電容器的電容是第一電容器或者第二電容器的電容的兩倍。第一電容器或者第二電容器的電抗的絕對(duì)值與第一電感器或者第二電感器的電抗的絕對(duì)值匹配。
[0055]電容器在液晶襯底上實(shí)施。電感器可以使用微帶線或者標(biāo)準(zhǔn)表面貼裝技術(shù)來實(shí)施。這使等效集總電路10的大小與圖1中所示諧振液晶電極微帶線比較能夠被顯著減少，其中等效集總電路10的長度由電感器的長度有效地確定。
[0056]可以通過變更向形成液晶可變電容器的液晶襯底施加的偏置電壓來實(shí)現(xiàn)等效集總電路10的相移。
[0057]這一等效集總電路10可以與它的整數(shù)倍(即其中n = 1,2,3...) 一起用于
基于液晶的相移器中。
[0058]示例 2
[0059]在示出等效集總電路IOA的圖4中圖示一種獲得微帶線20的半波長近似的可替換方式。在這一布置中，微帶線的短長度用來代表圖3的集總電感器。
[0060]這一等效集總電路IOA可以與它的整數(shù)倍(即其中η = 1,2,3...) 一起用
于基于液晶的相移器中。
[0061]示例 3[0062]在示出等效集總電路IOB的圖5中圖示一種獲得微帶線20的半波長近似的可替換方式。
[0063]在這一示例中，等效集總電路IOB等效于半波長微帶線的三倍、即一^ ;(這與圖3




2
的集總等效電路10電路相似，但是其中η = 3)。


3又
[0064]這一等效集總電路IOB可以與它的整數(shù)倍(gpnf、n= 1,2,3...) 一起用于基
于液晶的相移器中。
[0065]示例 4
[0066]在示出等效集總電路IOC的圖6中圖示一種獲得微帶線20的半波長近似的可替換方式。在這一布置中，微帶線的短長度用來代表圖5的集總電感器。
[0067]這一等效集總電路IOC可以與它的整數(shù)倍(g卩《 j、n= 1,2,3...) 一起用于基
于液晶的相移器中。
[0068]相移器
[0069]示例1-單負(fù)載
[0070]圖7圖示作為相移器 100來操作的電壓可調(diào)諧反射電路，其中一對(duì)圖3中所示的集總等效電路10與混合耦合器110耦合以取代圖1中所示的諧振液晶電極微帶線。雖然圖3的集總等效電路用作為用于這一相移器100的構(gòu)建塊，但是將理解可以使用集總等效電路中的其它集總等效電路。
[0071]圖8a至Sc示出作為用于相移器100的構(gòu)建塊而使用的等效集總電路10的示例實(shí)現(xiàn)方式。
[0072]如圖8a至8c中可見，在由分隔層110分隔的并且在接地平面120上沉積的兩層襯底上提供反射負(fù)載。液晶被注入到其中的空腔130由具有長度Lh和Le的兩個(gè)帶以及頂部液晶層蓋140形成。分隔層110的高度H2約為IOlym(因?yàn)镽ogers duix)id材料在這一高度可用)、但是可以被向上增加至200 μ m而不嚴(yán)重影響液晶分子的行為。
[0073]在頂部液晶層蓋140的底表面上印刷反射負(fù)載，并且它的高度應(yīng)當(dāng)盡可能小。它的高度H1在這一示例中為50 μ m(因?yàn)镽ogers duroid材料在這一高度可用)。反射負(fù)載的高度可以具有牽連(implication)。由于液晶層蓋140直接處于液晶空腔130上方,所以用于反射負(fù)載的材料選擇變得重要。由于液晶在宏觀地來看時(shí)是可調(diào)諧電介質(zhì)，所以它的可調(diào)諧性因液晶蓋層140的存在而減少。通過為液晶蓋層140選擇低輪廓、低介電常數(shù)的材料來最小化這一影響；在這一情況中，ε r2 = 3.48并且H2為50 μ m。
[0074]圖9示出相移器100的示例實(shí)現(xiàn)方式。如可見的那樣，在液晶襯底上實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧可變電容器。它們的尺寸為= 7.25mm、L2e = 14.5mm并且W = 1.5mm。選擇這些尺寸使得微帶線的等效特性阻抗Z。在Li= 2.72的接地液晶襯底上約為20歐姆。選擇的特性阻抗Zc提供在相移量與插入損耗之間的折衷。在電容器之間的間距Ls由表面貼裝電感器的長度L確定并且應(yīng)當(dāng)大于或者等于約Imm以允許實(shí)際實(shí)現(xiàn)反射負(fù)載并且防止在鄰近電容器之間的I禹合。長度Lh由稱合器的大小確定,并且在這一不例中，Lh為2.5mm。長度Le不關(guān)鍵并且在這一設(shè)計(jì)中為1_。因而提供具有約為11_X34_的總大小的設(shè)備。[0075]在圖10至12中示出相移器100的仿真性能。在仿真中使用的表面貼裝電感器由從AVX制造商的數(shù)據(jù)可用的.S2P文件代表以便提供設(shè)備的盡可能逼真的性能。
[0076]對(duì)于兩種情況對(duì)相移器100的性能進(jìn)行仿真:在施加的偏置電壓為O伏特時(shí)的情況和在施加的偏置電壓為11伏特時(shí)的情況。每個(gè)電壓偏置狀態(tài)由液晶的一組介電性質(zhì)、介電常數(shù)和損耗正切表征。對(duì)于在仿真中使用的特定液晶(常稱為E7)，相對(duì)介電常數(shù)在電壓偏置O和11、在2千兆赫的值是已知的，但是損耗正切的值不是已知的。然而由于在更高頻率的損耗正切的值是已知的(在區(qū)域30至60千兆赫中)，所以可以使用它們?nèi)〈?千兆赫的損耗正切。這可以因而具有比現(xiàn)實(shí)地將出現(xiàn)的損耗更高的預(yù)測損耗并且可能導(dǎo)致對(duì)設(shè)備的性能的低估。然而如果2千兆赫的損耗正切未從它們在30千兆赫的值顯著減少，則這也形成插入損耗性能的最壞情況場景。在這一特定情況下，30千兆赫的損耗正切為tan ( δ 丄)=0.04 (OV)并且 tan ( δ p) = 0.02 (IlV)。
[0077]圖10示出 相移器100在IlV((峰)ε rp = 3.18)相對(duì)于0V( ε 2.72)的差分移相。
[0078]圖11不出相移器100對(duì)于偏置電壓a) OV和b) IlV的插入損耗。
[0079]圖12示出相移器100對(duì)于偏置電壓a) OV和b) IIV的返回?fù)p耗。
[0080]如可見的那樣，這些圖指示相移器100在帶寬170兆赫茲上實(shí)現(xiàn)90°相移，其中最大插入損耗為5.7dB。
[0081]示例2-雙負(fù)載
[0082]圖13a和13b示出由四分之一波長微帶線變換器15耦合的一對(duì)等效集總電路10’的示例實(shí)現(xiàn)方式，該變換器用作為構(gòu)建塊以提供相移器100A，該相移器提供增加的帶寬。雖然使用圖3的集總等效電路作為用于這一相移器100A的構(gòu)建塊，但是將理解可以使用集總等效電路中的其它集總等效電路。
[0083]這一雙負(fù)載配置的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在對(duì)先前布置進(jìn)行一些修改之后允許寬帶相移操作和與以上描述的單負(fù)載布置相似的插入損耗。另外，在這一配置中，如果使用與以上提到的反射負(fù)載相同的反射負(fù)載，則使獲得的相移加倍。然而這也使獲得的插入損耗加倍。
[0084]因而，為了克服增加的損耗，減少雙負(fù)載的每個(gè)半波長等效集總電路提供的相移量。然而對(duì)于盡可能寬的帶寬選擇雙負(fù)載提供的總相移在90°以上。減少每個(gè)等效集總電路10’提供的相移具有減少由液晶形成的可變電容器的長度的結(jié)果，比如現(xiàn)在近似半波長微帶線的特性阻抗Z。被設(shè)置約為75歐姆。
[0085]圖14示出相移器100A的示例實(shí)現(xiàn)方式。分布式電容器的長度為Lc = 2.3mm、L2c=4.6mm,而寬度W保持1.5mm。在負(fù)載之間的分隔Lsp = 1.9mm。兩個(gè)負(fù)載由四分之一波長變換器微帶15分隔，該微帶具有寬帶高相移操作所需要的約為100歐姆的特性阻抗Z。。如圖13a、13b和14中所指示向襯底上使四分之一波長變換器微帶15曲折(meander)地前進(jìn)。在這一示例中的相移器100A的總尺寸近似為32x11mm。所有其它尺寸另外與以上提到的實(shí)施例相同。
[0086]在圖15至17中圖示相移器100A的仿真性能。與以上提到的實(shí)施例一樣，對(duì)于在2千兆赫使用的液晶來假設(shè)更高的損耗正切。
[0087]圖15示出相移器100A在IlV((峰)ε rp = 3.18)相對(duì)于OV( ε ^ = 2.72)的差分移相。[0088]圖16示出相移器IOOA對(duì)于偏置電壓a) OV和b) IIV的插入損耗。
[0089]圖17示出相移器100A對(duì)于偏置電壓a) OV和b) IIV的返回?fù)p耗。
[0090]如可見的那樣，這些仿真指示設(shè)備在近似370兆赫茲的帶寬上實(shí)現(xiàn)90°相移，其中最大插入損耗為6.4dB。
[0091]將理解可以使反射負(fù)載具有多于兩個(gè)負(fù)載并且可以更進(jìn)一步增加帶寬。另外，為了增加基于液晶的設(shè)備的功率處置能力，可以使用將使功率處置增加3dB的四路混合耦合器。另外，可以通過擴(kuò)展每個(gè)等效電路內(nèi)的電感器和電容的器數(shù)目來增加設(shè)備的功率處置。
[0092]可以通過使用專用硬件以及能夠與適當(dāng)軟件關(guān)聯(lián)地執(zhí)行軟件的硬件來提供圖中所示各種單元的、包括標(biāo)記為“處理器”或者“邏輯”的任何功能塊的功能。在由處理器提供時(shí)，功能可以由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器或者由多個(gè)分立處理器提供，這些分立處理器中的一些處理器可以被共享。另外，術(shù)語“處理器”或者“控制器”的明確使用應(yīng)當(dāng)解釋為排他的指代能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以隱含地包括而不限于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件、網(wǎng)絡(luò)處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和非易失性存儲(chǔ)裝置。也可以包括其它常規(guī)和/或定制硬件。類似地，圖中所示任何開關(guān)僅為概念。它們的功能可以通過程序邏輯的操作、通過專用邏輯、通過程序控制和專用邏輯的交互或者甚至手動(dòng)執(zhí)行，能夠由執(zhí)行者選擇的特殊技術(shù)通過上下文得以更具體的理解。
[0093]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里的任何框圖代表體現(xiàn)本發(fā)明原理的示例電路裝置的概念圖。類似地，將理解任何程序圖、流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖、偽碼等代表可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中基本代表的并且這樣由計(jì)算機(jī)或者處理器執(zhí)行的各種過程、無論是否明確示出這樣的計(jì)算機(jī)或者處理器。
[0094]說明書和附圖僅舉例說明本發(fā)明的原理。因此將理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)雖然這里未明確地描述或者示出、但是體現(xiàn)本發(fā)明的原理并且在它的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)包括的各種布置。另外，這里記載的所有示例主要明確地旨在于僅用于示范目的以幫助讀者理解本發(fā)明的原理和發(fā)明人貢獻(xiàn)的用于發(fā)展本領(lǐng)域的概念并且將被解釋為不限于這樣具體記載的示例和條件。另外，這里記載本發(fā)明的原理、方面和實(shí)施例及其具體示例的所有陳述旨在于包括其等效物。
【權(quán)利要求】
1.一種相移設(shè)備(100 ;100A)，包括: 輸入，可操作用于接收待調(diào)整的輸入信號(hào)； 混合I禹合器(110),將所述輸入與輸出I禹合；以及 至少一個(gè)反射負(fù)載(10 ;10A-10C ;10’)，包括集總等效阻抗變換器電路，所述集總等效阻抗變換器電路也與所述混合耦合器耦合以接收所述輸入信號(hào)，所述集總等效阻抗變換器電路具有液晶可變電容器，所述液晶可變電容器可操作用于響應(yīng)于向所述液晶可變電容器施加的偏置電壓來調(diào)整所述輸入信號(hào)，并且向所述混合耦合器提供經(jīng)調(diào)整的所述輸入信號(hào)作為輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相移設(shè)備，其中所述集總等效阻抗變換器電路包括半波長集總等效阻抗變換器電路，所述半波長集總等效阻抗變換器電路包括一對(duì)電感器，所述一對(duì)電感器在其端部與第一液晶可變電容器、第二液晶可變電容器和第三液晶可變電容器串聯(lián)耦合，所述半波長集總等效阻抗變換器電路可操作用于響應(yīng)于所述偏置電壓來向所述混合耦合器呈現(xiàn)可變阻抗和可變有效電長度二者，以提供經(jīng)調(diào)整的相位輸入信號(hào)作為所述輸出信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相移設(shè)備，其中所述第一液晶可變電容器和所述第二液晶可變電容器具有匹配的電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的相移設(shè)備，其中所述第一液晶可變電容器和所述第二液晶可變電容器的電抗的絕對(duì)值與所述一對(duì)電感器中的每個(gè)電感器的電抗的絕對(duì)值匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述第二液晶可變電容器具有所述第一液晶可變電容器和所述第三液晶可變電容器中的每個(gè)液晶可變電容器的所述電容的兩倍的電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相移設(shè)備，其中所述集總等效阻抗變換器電路包括半波長集總等效阻抗變換器電路，所述半波長集總等效阻抗變換器電路包括一對(duì)液晶可變電容器，所述一對(duì)液晶可變電容器在其端部與第一電感器、第二電感器和第三電感器串聯(lián)耦合，所述半波長集總等效阻抗變換器電路可操作用于響應(yīng)于所述偏置電壓來向所述混合耦合器呈現(xiàn)可變阻抗和可變有效電長度二者，以提供經(jīng)調(diào)整的相位輸入信號(hào)作為所述輸出信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的相移設(shè)備，其中所述一對(duì)液晶可變電容器具有匹配的電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的相移設(shè)備，其中所述第一電感器和所述第二電感器的電抗的絕對(duì)值與所述一對(duì)液晶可變電容器中的每個(gè)液晶可變電容器的絕對(duì)值匹配。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述第二電感器具有所述第一電感器和所述第三電感器中的每個(gè)電感器的所述電感的一半的電感。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述集總等效阻抗變換器電路包括至少一對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述集總等效阻抗變換器電路包括均與所述混合耦合器并聯(lián)耦合的至少一對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述集總等效阻抗變換器電路包括由四分之一波阻抗變換器(15)耦合的至少一對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至11中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述集總等效阻抗變換器電路包括由四分之一波阻抗變換器(15)耦合的至少第一對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路和由四分之一波阻抗變換器耦合的至少第二對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路，所述第一對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路和所述第二對(duì)所述半波長集總等效阻抗變換器電路均與所述混合耦合器并聯(lián)耦合。
14.權(quán)利要求14缺失。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的相移設(shè)備，其中所述液晶可變電容器包括平行板液晶可變電 容器。
【文檔編號(hào)】H01P1/18GK103430379SQ201280013368
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】S·布爾加 申請人:阿爾卡特朗訊