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用程序一介紹雙或多操作在當今的無線系統(tǒng)是相當合適的。例如，如果是單一的相位檢測器是基于多端口技術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用，直接轉換無線電波和雷達接收器。然而這些電路不能回復多頻帶。為了克服這些問題，在文章中我們提出新的設計理念，使用四個90度混合圓形的耦合器實現(xiàn)多頻帶操作。為了證實該方法的性能，原型，設計，制造和測試。仿真和測試結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、率分配器實現(xiàn)相同的結果。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。結果仿真和測量時該電路使用前的準備?；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果較多?；負軗p耗的分析是工作頻率的主要指標。如圖2.，3顯示了仿真和測量回撥損耗與頻率的關系?？梢杂^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)與頻率的關系。如圖所示，在所有頻段上實現(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)，以多端口結構為例。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就證明了以上結果。在端

6、口5我們獲得了相似的仿真結果和測量結果。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。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。先進設計（ADS）的諧波平衡模擬進行了使用多端口電路模型，驗證參數(shù)S的測量（見圖2-4）。RF功率的RF端口被設置為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，如果實際上的最大值的不平衡得到的實部和虛部的矢量，該DSP將會考慮校準程序。該實驗電路采用基帶電路制作運算放大器根據(jù)公式（5），寬帶探測器是WIL