。 1994年,D.Teeter 和R.Wohlert 等人利用 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor,
异质结二极管)工艺设计 Ka 波段的 3 位 PIN 二极管移相器[3]
,其中单刀单掷开关在
35GHz 时的插入损耗为 0.7dB,隔离度为 21dB。180°,90°,45°移相位都采用了
高/低通型移相器。直到 36GHz,移项误差都小于10°,插入损耗误差 1dB。
2002 年,Mary Teshiba 和 Robert Van Leeuwen 等人使用了 IBM 的 SiGe 双极技
术(IBM’s SiGe Bipolar technology)设计了 6 位 PIN 二极管移相器,工作频段从
7GHz 到 11GHz。180°,90°,45°,22.5°移相位采用了 PI 型或者 T型高/低通滤
波电路结构,11.25° 和 5.625°移相位则采用了由电感和电容组成的简化电路拓扑
结构。频带内的回波损耗小于-10dB插入损耗在 10-13dB之间,移项误差 17°,单片
所占面积大小为3800μm×3800μm。
国外对 MMIC的研究起步较早,设备先进,工艺成熟,MMIC工艺线可以实现代
加工(Foundry)生产;进行了关于单片移相器的大量的研究工作,并有报道称已经
实现了 T/R 组件的全单片化,使用 MMIC工艺实现的移相器和 T/R 组件的相控阵雷
达已经应用于军事装备[7,8,9]
。
随着 GaAs 器件研究的深入,HEMT等性能优良的新器件的生产工艺不断成熟,
使得采用这些器件的电路的性能得到了极大的提高。 Campbell等人[10]
报道了采用0.25
μm PHEMT 工艺技术实现的用于卫星通信系统的 K 波段五位小型 MMIC 移相器。
在电路设计中采用电磁仿真(EM)技术,降低芯片使用面积,芯片尺寸仅为1.693mm
×0.750mm (1.27mm2
)。在 19GHz 时测得移相器的插入损耗为 5±0.6dB,均方根相
位误差为 3°。
至今为大家所知的是,用 FET 管做控制器件的工作频段最高的移相器是
K.Zuefle, F.Steinhagen, W.H.Haydl 和 A.Hiilsmannl, 在 1999年发表的用 PM-HEMT
管 (0.15μm栅长) 作控制器件的W波段的4位移相器, 工作频率从92GHz到96GHz,
中心频率是 94GHz,单片所占的面积大小是1×2.5mm2
。180°/90°移相位采用反射
型电路结构(3dB分支线耦合器) ,45°/22.5°移相位采用加载线型电路结构。测试
结果表明,在整个频段内,回波损耗小于-11.6dB,平均插入损耗是 12.4dB,插入损
耗误差是 0.8dB,测试的相移分别为:22.6°,45.5°,92.7°,183.9°。
Pillans等人[12]
报道了采用MEMS容性开关设计的Ka波段开关线型四位和三位数
字移相器。在 34GHz 处,四位数字移相器的平均插入损耗小于 2.25dB,回波损耗优于
15dB;三位数字移相器的平均插入损耗小于 1.7dB,回波损耗优于 13dB。并且两种移
相器的相位误差都小于 13°。 本科毕业设计说明书(论文) 第 4 页 共 38页
国外关于混合集成电路方面的报道比较少,Komisarczuk 报道了[11]
一种工作在
L-band 的四位数字移相器,22.5°、45°和 90°相移位均采用加载线型移相电路,
180°位采用反射型移相电路。该移相器在 L-band 内 10%的带宽内获得了不大于 3
度的相位误差,平均损耗大约 1.5dB,最大幅度不平衡度是 0.3dB。
与国外相比,国内对 MMIC的研究起步较晚,工艺还不成熟,但也进行了不同种
类 MMIC 的研制,包括 MMIC 移相器,并取得了一定的成果[13-16]
。2003 年电子工业
部第十三研究所研制出了 X波段五位数字单片移相器[16]
,11.25°、22.5°和 45°移
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