图1。5 微机电移相器(MEMS)横截面
等效介电常数的大小可以通过如下计算公式求得
式中的ε1、ε2分别为介质基板和空气的介电常数,d1、d2分别为介质基板和空气的厚度,一般介质基板的介电常数和厚度都是固定的这时只要改变空气缝隙的厚度即可调节等效介电常数从而实现相移。综上可以总结出微机电移相器(MEMS)的移相原理即通过微机电系统改变相关的变量,从而实现对于等效介电常数或等效磁导率从而实现对于相速度的改变实现移相器的不同相移,微机电移相器既可以是数字式也可以是模拟式的。
另一类的可重构微带移相器是缺陷地结构移相器(DGS),由S。M。 Han, C。-S。 Kim, D。 Ahn and T。 Itoh设计[14]的移相器如下图。
图1。6 接地缺陷结构移相器(DGS)原理图
图1。7 接地缺陷结构原理图 图1。8 接地缺陷结构等效电路图
接地缺陷结构移相器的原理是微波网络一端接地另一端接信号源,在接地端和信号源之间加一段可控二极管通过二极管的电容变化改变谐振频率实现不同的相移。从等效电路图上可以得出微带接地缺陷结构(DGS)的谐振频率为
选择合适的缺陷结构尺寸可以获得不同的电容值,当缺陷结构的谐振频率与输入信号的频率近似相等时,微波信号会产生一个很大的相移,除此之外接地缺陷结构(DGS)还是一个大容量的谐振腔能够大大减小插入损耗和辐射损耗。改变偏置电压时二极管电容会随之改变,从而接地缺陷结构(DGS)的谐振频率也会改变,微波信号通过隔离区产生的相移与(DGS)谐振频率和微波信号的频率之差有关,故只需计算好对应频率差与相移的关系后再选择合适的偏置电压就能获得想要的相移。同样可以看出接地缺陷结构移相器(DGS)不仅可以是数字式的也可以是模拟式的,相移量的比较大适合要求单个移相器相移高的场合使用。
最后介绍加载线型移相器,这种移相器与前两种不同在于它采用PIN管作为开关,只能实现固定相移,因而是一种数字式移相器[18]。
PIN二极管是在P区和N区之间增加一层电阻率很高的本征I区构成的半导体二极管。如下图所示
图1。9 PIN二极管结构
其特性为:在偏置电压为零时,此时空间电荷层内的载流子耗尽,呈现出很高的电阻;在在偏置电压正向导通,呈现出低阻抗且偏置电压越大阻抗越低;反向偏执时,PIN二极管类似于以P区和N区为极板的电容器。在所研究的频段内,5。2GHz时其正偏和反偏等效电路如下论文网
可以看出,PIN二极管具有正向低阻和反向电容的特性,利用这个特性可以做成开关选择电路,从而实现数字式移相器。加载线型移相器结构如下图所示
图1。12 加载线型移相器
当取时,两个加载并联线的输入阻抗抗jβ1、jβ2共轭,并联加载线长度为1/8波长,接理想开关。当开关导通时的输入导纳为,当开关截止时的输入导纳,根据微带传输线的输入导纳公式可得相移从以上的可知只要选择合适的Y2就能获得想要的相移量。这种移相器不仅结构简单、抗干扰能力强、方便集成、插入损耗很低,因而受到越来越多的应用。
使用多个移相器可以实现很大的相移,如下所示为三级移相器的级联