基于多参数估计的矢量调制器矫正技术研究及验证

上海软X射线自由电子激光(Shanghai Soft X-ray Free-electron Laser,SXFEL)在搜寻最大加速相位的过程中微波低电平(Low Level Radio Frequency,LLRF)系统的射频输出幅度会产生振荡,进而影响整个装置的稳定性。针对此问题,本文开发了基于多参数估计的矢量调制器(Vector Modulator,VM)矫正技术,用于稳定微波功率源的输出幅度,并且在闭环控制中降低幅、相两个环路的串扰。该方法首先分析并建立了VM的非理想模型,通过系统真实的输入输出估计模型中的多个参数,设计了矫正算法以补偿非理想因素对系统造成的影响,使VM输出的激励信号不仅具有更好的幅相隔离度,而且可同时消除输出波形与回测波形之间的相位差。实验结果表明:经该方法矫正后,相位设定值的改变对VM输出幅度的影响由4.0%(Root Mean Square,RMS)下降到0.19%(RMS),同时相位的设定值与回测值的偏差控制在0.18°(RMS)以内。

模拟矢量调制器原理及其在T/R组件中的应用

有源相控阵天线系统是近年来国内外天线技术研究的一个热门领域。由于相控阵天线阵元间距随着工作频率的升高而变得越来越小,对相控阵T/R组件的尺寸提出了更高的要求。同时,为了保持相控阵天线系统的电扫特性,需要对幅相进行精细的控制。模拟矢量调制器(VM)因其较小的体积、低廉的成本及较高的控制精度得到了重视。基于模拟矢量调制器原理,介绍了VM体制T/R组件的特点及应用情况,并进行样件验证,说明了VM体制T/R组件在相控阵中具备较好的应用前景。

毫米波矢量调制器及其在有源相控阵天线中的应用

矢量调制器芯片作为一种可以同时对载波进行相位和幅度调制的新型电路,能够替代传统的数字移相器和数字衰减器用在有源相控阵系统中.先设计了一款工作在Ka波段毫米波单片矢量调制器,在片测试结果显示可以实现-12～-40 dB的幅度调制与360°的相位调制.然后设计了一个Ka波段1×8阵有源相控阵天线,改变矢量调制器的控制电压,成功实现了波束扫描功能,验证了基于矢量调制技术的有源相控阵的可行性.

基于GaAs工艺的新型I-Q矢量调制器芯片设计

在传统的单平衡式I-Q矢量调制器的基础上,提出了一种新颖的I-Q矢量调制方法。通过采用180°模拟移相器替代传统的双相调制器和衰减器,从而降低了插入损耗并减小了芯片面积。最终,本文采用0.25μm GaAs PHEMT工艺,设计出了一款K波段单片集成的I-Q矢量调制器。实测结果表明:在21~23GHz频带内,该芯片实现了0到360°的连续变化的相位调制,其幅度调制深度大于20dB,插入损耗小于11.2dB。

矢量调制器在星载相控阵天线中的应用

精确的相位调制技术是星载毫米波有源相控阵天线最关键技术之一。传统的数字移相器构造较为复杂,尺寸较大,相位调制特性有局限性,不是高工作频段、宽扫描角星载相控阵天线发展的最优选择。文章提出采用单片矢量调制器来代替数字移相器及数字衰减器,利用电压来控制矢量调制器的相位调制,提高了相位调制性能,同时具有结构简单、尺寸较小等优点。在此基础上设计了星载毫米波段有源相控阵天线,并且实现了精确的二维波束扫描功能,验证了矢量调制器在星载毫米波有源相控阵天线中应用的技术可行性。

一种宽带矢量调制器的设计及其应用

矢量调制器是一种可以同时控制微波信号幅度和相位的器件。本文介绍了一种基于新型微带定向耦合器的宽带矢量调制器。新的耦合器结构克服了传统微带耦合器耦合度低、方向性差的问题,也不需要Lange耦合器复杂的加工工艺,在平衡放大器、移相器和衰减器等场合具有广泛的应用。其次,研究了用串联电感对衰减器中PIN二极管的寄生参数进行补偿的一种简单方法,以改善衰减器衰减量变化时的相位性能。该方法原理简单,可在一定带宽内替代复杂的平衡结构,并给出相近的性能。最后给出了矢量调制器的测试结果和它在自适应天线阵等实际系统中的应用情况,并讨论了用于提高载波和边带抑制、满足高精度要求的校准方法。

毫米波矢量调制器芯片的设计和测试

矢量调制器芯片作为一种可以直接对载波同时进行幅度和相位调制的新型电路,是目前毫米波通信和雷达系统中的一个研究热点。本文首先利用Agilent ADS软件仿真设计了一款工作在Ka波段的毫米波矢量调制器芯片,并基于先进的GaAs pHEMT工艺线流片成功。同时完整的提出了矢量调制器芯片的测试系统和测试流程,利用Agilent的四款仪器设备搭建了一个芯片测试平台,实际测量结果显示,测试系统稳定可靠,该款芯片的各项指标均达到国际先进水平。

采用矢量调制器实时消除模拟相关偏置

在采用模拟复相关器的综合孔径辐射计中,模拟复相关器会受到很多因素(环境温度、信号串扰等)的影响而引入随时间变化的相关偏置。引入的相关偏置对高灵敏度室内综合孔径辐射计的影响很大,实时消除相关偏置是综合孔径辐射计设计中的关键点和难点。提出了一种采用矢量调制器实时消除模拟相关偏置的算法。通过算法推导和论证,在现有综合孔径辐射计中进行了验证,很好地解决了相关偏置问题,相关偏置的残余误差可以达到5%以内,校消的速度受限于积分时间,本文可以达到毫秒量级。本文算法简单易实现,也可广泛应用于其他需要实时消除此类干扰的系统中。

一种数字矢量调制器设计与实现

提出描述了数字矢量调制器的设计方法、实现过程及试验结果。该数字矢量调制器采用数字与模拟相结合、混合集成工艺技术实现,其调试简单,控制电压与电压传输系数成线性关系,一致性好。在VHF频段内,衰减量变化30dB时,其相位误差变化小于±1.5°,I路与Q路的正交性小于±2°。

C波段单片矢量调制器

报道了Ｃ波段单片矢量调制器的设计和制作。采用双栅场效应晶体管（ＤＧＦＥＴ）放大器作为控制器。偏置电路在芯片内。采用集总薄膜电容、电感、电阻作为匹配元件。采用离子注入、背面通孔接地、空气桥跨接等先进工艺技术。描述了ＤＧＦＥＴ器件Ｓ参数的提取步骤。两路放大器和９０°相移网络制作在３．１５ｍｍ×２．５ｍｍ×０．１ｍｍ的芯片上，同相功分器制作在１．６（１．８）ｍｍ×２．９ｍｍ×０．１ｍｍ的芯片上。电路可获得在０～８７°内连续变化的相移量，输出幅度可控。

K波段平衡式矢量调制器MMIC

基于0.15μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs PHEMT)工艺,设计并实现了一款K波段的平衡式矢量调制器微波单片集成电路(MMIC)芯片。该矢量调制器集成了Lange耦合器、双相幅度调制器和威尔金森功率合成器,其中双相幅度调制器采用平衡式结构对幅度和相位失真进行了补偿。当工作电压以10 mV为步进,从-0.9~0 V扫描时,矢量调制器MMIC实现了连续幅度调制和0°~360°的相位调制。测试结果表明,在18~26 GHz频率内,最大调幅深度大于27 dB,插入损耗小于8.1 dB,输入电压驻波比小于1.3∶1,输出电压驻波比小于1.5∶1。平衡式矢量调制器MMIC尺寸为2.4 mm×2.5 mm,该电路具有插入损耗小、芯片尺寸小、功耗低等特点,可广泛应用于数字通信系统中。

C波段单片矢量调制器

随着微波单片集成技术的发展。高精度移相器已成为各种微波整机系统的关键技术之一。矢量调制器能在获得连续可变的相移量的同时。又能满足幅度控制、移位精度控制和解决多位数字移相器级联的要求。由于单片集成矢量调制器具有宽带、连续可调、尺寸小和可成批生产的优点,受到人们特别的重视。 矢世调制器的基本原理是利用调节两个相互正交的矢量来改变合成矢量的相位,从而获得连续变化的相移量。由矢量相加运算法则可知。只要使两个相互正交矢量的幅度取适当值,就可在获得连续变化相移量的同时保持输出幅度不变。本文就是基于这一原理,对单片矢量调制器的电路形式、工艺实现方法进行了原理性的研究。 由于双栅FET的第二栅的特殊作用,使它特别适合用于增益控制的宽带放大器。本文采用两个双栅FET可变增益放大器来控制两个相互正交的矢量幅度,而放大器的增益还可用于减少整个电路的插损。在研制初期,为了使电路简化,采用λ/4微带线来得到两个矢量间的90°相位差。矢量的分离和合成用两个Wilkinson同相功分器实现。

矢量调制器自适应前馈线性化技术研究

针对矢量调制器的线性化需求,本文提出了基于相关检测法的自适应前馈线性化技术。该技术先提取矢量调制器产生的非线性失真信号,自适应调整提取的失真信号幅度和相位,使之与矢量调制器输出的失真信号等幅反相,最后与矢量调制器的输出信号合成,消除矢量调制器输出信号中的失真信号。仿真结果表明,该技术可抑制矢量调制器的三阶互调30d B,显著减小的矢量调制器的互调失真。

一种矢量调制器最大等增益圆测试方法

矢量调制器作为0～360°的移相器使用时,最大等增益圆是一项重要的指标。本文提出一种快速有效的矢量调制器最大等增益圆的自动测试方法,基于线性空间理论,对一个主要工作频率为30 GHz,尺寸为3 mm×1.25 mm的Ka波段矢量调制器MMIC芯片进行测试,在其工作频率范围内,所得的增益平坦度小于0.5 dB,最大相位偏移量小于5°,测试时间小于5 min。

C波段矢量调制器的设计

对矢量调制器的工作原理进行简单分析,设计由两个推挽型双相调制器组成的C波段矢量调制器。采用GaAs FET开关管作为可变阻抗端口,Lange耦合器用来产生正交信号,同相3dB功率合成器作为输出端口。该矢量调制器由九个正交耦合器、一个同相功率合成器和八个有源FET开关管组成。对矢量调制器进行仿真,结果显示,在4GHz～6GHz的工作频带内,可实现输入信号幅度和相位的连续调制。推挽式结构的双相调制器消除了寄生参数对"双相"的影响,幅度响应关于最小控制电压也是对称的。

基于最大等增益圆的矢量调制器增益控制方法

矢量调制器因其自身结构小、功耗低等特点已广泛应用于雷达、导航、仪器仪表及卫星通信等领域;基于矢量调制器的最大等增益圆理论,深入分析了增益圆点、半径与调制器增益输出的关系,设计出一种可全频段扫描、一键自动测试的通用矢量调制器增益控制方案,实现了对矢量调制器增益输出以及其平坦度的精确控制,并可灵活设置矢量调制器的精度和平坦度指标,提高了矢量调制器的性能以及校准效率;验证对象为Hittite Microwave公司的HMC1097LP4E矢量调制芯片,单点验证时间不超过1min,增益控制精度可达0.1dB,平坦度可达0.5dB。

矢量调制器研究及干扰抵消器改进

为了分析矢量调制器对干扰抵消器性能的影响,基于测量矢量调制器幅度相位的方法研究了其特性。在实测数据的基础上分析了双极性电调衰减器的缺陷对矢量调制器和干扰抵消器性能的影响,并提出了引入可调移相器的改进方法。理论分析和实验数据表明文中提出的方法有助于提高干扰抵消器的抵消性能。

采用I/Q矢量调制器的单通道单脉冲信道合成方案研究

三通道单脉冲跟踪体制存在的问题是和/差信号在各自通道传输时的幅相不一致校准困难,设备复杂,成本较高。采用频分和时分复用技术将三通道(或双通道)合成为单通道的单脉冲天线跟踪系统在遥测、遥感、通信等领域已得到广泛的应用。这里给出一种采用I/Q矢量调制器将双通道组合成单通道的单脉冲信道合成方案,同时给出调幅包络检测后角误差电压分解方法。

一种高精度数控矢量调制器的设计

为了提高矢量调制器的技术指标,使得其所应用的射频干扰对消实现更好的性能,该文提出了数字控制矢量调制器的技术方案,可以实现稳定的高精度矢调步进控制。测试结果表明,研制的矢调模块可以实现满足系统要求的0.03dB的步进精度。