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    摘要相控阵雷达功能多样，灵活快速，通过计算机用电流控制各个辐射单元背后相应的移相器可以实现朝向不变的波束扫描。相移量分为模拟和数字两种，分别实现相移的连续与阶跃变化。对于数字移相器，选用 PIN 管作为开关控制相位变化是目前较为广泛的一种方法。 本文设计了基于ADS 软件的三位S 波段数字移相器，利用 PIN 管的通断两种状态控制微带电路，其相移量分别为 45° 、90° 与180° ，根据要求设计指标比较后，45° 移相器采用负载线型电路，90° 与180° 用开关线型实现，并通过并联电纳极大地改善了移相器非色散导致的相位误差偏移量大的问题。经过仿真与调试，在 S 波段内获得了较小相位误差和插入损耗、较大的回波损耗，得到了符合指标的移相器。   41522
    毕业论文关键词   S 波段  数字移相器   PIN二极管   ADS 仿真    Title    The Design of S-band 3-bit Digital Phase Shifter          Abstract Phase Array Radar can scan beams without changing direction by controlling the phase of radiator elements. With a corresponding electronic controlled phase shifter attached to it, this device shows many excellences such as agility, celerity and multifunction. Phase shifters are categorized as analog and digital, which have continuous and step phase shift respectively. Applying PIN diodes as switches is currently a widely-used technology to digitally control the phase shift.  This paper presents the design of 3-bit digital phase shifter based on ADS simulation. PIN diodes control the microstripe circuits with on and off status, resulting 45°,90°,180° phase shift respectively.  The loaded-line structure is preferred in the 45° phase shifter unit; the 90° and 180° phase shifter units are realized in switched-line structure with a shunt susceptance attached to each unit. Such method was designed to solve large phase error caused by non-deviation effect. Small phase error, low insertion loss and high return loss within S-band are achieved and the requests are satisfied.  
    Keywords    S-band    Digital phase shifter   PIN diodes   ADS simulation
    目次

    1引言1
    11研究背景1
    12研究现状1
    13内容安排2
    2PIN二极管3
    21基本原理3
    22等效电路3
    23射频开关4
    24性能参数5
    3数字移相器7
    31基本原理7
    32基本分类8
    33性能指标8
    34移相器电路8
    341开关线移相器9
    4三位数字移相器设计15
    41总体方案15
    42PIN二极管方案16
    43偏置电路设计19
    44移相电路设计20
    结论29
    致谢30
    参考文献31
    1  引言
    1.1  研究背景 由于历史原因，自上世纪开始军事上需要一种性能优异、反应迅速的雷达，控阵雷达(Phased Array Shifter)，相比较传统机械式雷达依靠天线的转动实现波束的扫描而言采用电扫描，是一种“可以控制相位的天线阵”，其名称也由此而来，它的关键部位是移相器。早在1937年美国开始首次进行对相控阵雷达的研究工作，但过程艰难，进展缓慢，五十年代中期才出成果，并且只有两部舰载相控阵雷达投入了使用。 每一个相控阵雷达都是由一定数量的辐射单元组成，小型中型雷达只由几百、几千组成，规模较大的可以达到几万。无源(Passive)相控阵雷达所有辐射单元共用一个总发射机、接收机，通过计算机系统自动分配功率。有源(Active)相控阵雷达区别于它，每个辐射单元背后均接有一个发射/接受(T/R)组件，利用惠更斯原理里的电磁波相干原理，各个辐射单元有规律的排列，既可以集中一个方向以提升分辨率，也可以负责搜索、跟踪等不同分工，具有得天独厚的优点。因此要实现不移动天线朝向变化的电扫描，辐射单元除了天线振子之外，必不可少的还有移相器，只需用计算机控制馈往各单元的电流相位，雷达就可以跟踪目标、搜索目标、测量目标。相控阵雷达系统的整体性能很大程度决定于移相器，所以需要设计一种体积小巧、性能精良并工艺上可实现大量生产制造的移相器。 随着技术的发展，微波器件从最早的同轴线、波导传输变成微带传输，从分立器件向集成功能电路发展，体积也从大至小地演变，甚至于达到了微型，而且已由原来的三文立体变为二文平面结构。与此同时，可工作的频带变宽，频率变高，性能可靠性和使用年限也逐渐提升，并且由于生产规模地扩大，成本在不断降低，作为一种微波器件，移相器的使用将越来越广泛，不仅在雷达系统中加以应用，也逐渐进入微波、射频通信领域，从军用跨越到民用的商业用途上。
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