多波段多端口电路相位检测

1、分析新的多波段多端口电路相位检测的应用程序一介绍双或多操作在当今的无线系统是相当合适的。例如，如果是单一的相位检测器是基于多端口技术并且能够支持多频带，那么多个检测器就不在必要。因此，需要不同频段的应用可以与一个单一的相位检测器同时操作。这减小了电路的尺寸，导致系统的紧凑。在微波测量上，多端口的振幅和相位检测器在单频带上已得到广泛应用，直接转换无线电波和雷达接收器。然而这些电路不能回复多频带。为了克服这些问题，在文章中我们提出新的设计理念，使用四个90度混合圆形的耦合器实现多频带操作。为了证实该方法的性能，原型，设计，制造和测试。仿真和测试结果也将被提出和讨论。二多端口电路典型的多端口电路有2

2、个输入和4个或更多的输出。输入端的一个信号的参考信号，另一个信号为未知信号。功率检测器是为了获得基带连接这些输出信号。模拟、数字信号处理后输出的基带信号允许高精度的相对相位和振幅。图1 多频带多端口的电路照片电路布局如图1所示。所提出的多端口设计的多端口操作是S波段（2-2.45GHz），C波段（5.8GHz），X波段（9.4GHz）。该电路由小型混合微波集成电路技术制造而成，是一个6.15的相对电容率，和厚度1.27毫米基板。四个90度的混合耦合器和相关的圆形微波传输线组成的电路。它的尺寸是85*85mm。附加的1/4波长线可以从端口同相信号5输入。其他端口使用Wilkinson（威尔森)功

3、率分配器实现相同的结果。通过这种方法可以提高宽带。输出端口为1到4，输入端口为5（参考信号）和6（未知信号）。两个50欧姆的负载加在7和8之间。为了获得基带信号，需要使用宽带射频功率检测器。假设我们有两个输入信号，在端口5,6具有不同振幅和相位。它们之间的相位差为，它们的振幅比为 众所周知，射频输出信号（前探测器），在端口1到4,是传输参数的函数 是多端口输入和输出之间的传输函数。由于使用的是90度的混合耦合器，这些参数的理论值会下降6 db。同时，相同参数的乘以 90度后得到不同的相位，其输出端口也不同。我们都知道，一个功率检测器的直流输出电压的大小与第二RF输入功率成一定比例关系 图2 仿

4、真和测量的回波损耗在参考端口（5） 图3 仿真和测量的回波损耗在RF输入端口（6）在使用模拟信号处理的振幅/相位中采用了一种差分方法。采用矢量法来定义四个输出直流电压 在这个多端口方程中，是一个常数，是一个参考信号幅度，是未知信号和参考信号的振幅比，是RF与输入信号间的相位差。因此，在复平面上通过测量基带信号的相位，我们将会获得未知RF信号的相位。结果仿真和测量时该电路使用前的准备。混合耦合器是三波段操作的优化。该耦合器的几何形状提供了优异的性能参数S。因此，对于该多端口电路相同的结果较多。回拨损耗的分析是工作频率的主要指标。如图2.，3显示了仿真和测量回拨损耗与频率的关系。可以观察到被提出的

5、电路在3个波段上操作：S波段，C波段，X波段。图4 显示了一个典型的模拟和测量的传输顺好参数与频率的关系。如图所示，在所有频段上实现约6 db的降低。图5-7显示传输参数在所有操作频带的相位。一个带宽为800MHz在每一种情况下都成立。这些数据表明，相位是随频率的线性变化。另外，传输参数S的相位变化是90度的倍数，以多端口结构为例。相位误差最小在5度在整个频带上。图4 典型的模拟和测量的传输损失图5 S检测带相位的传输参数图6 C检测带相位的传输参数图7 X检测带相位的传输参数例如，输出信号在端口1,2间必须有180度的相位差。另外，输出端口3,4必须在同一相位。图5-7就证明了以上结果。在端

6、口5我们获得了相似的仿真结果和测量结果。最后所有的多端口参数S（回波损耗，隔离传输，振幅和相位）将会被分析，并取得良好的结果。方程（5）表示，基带矢量是一个圆环。此矢量的相位之间相位差的函数与RF输入信号有关。如果参考信号加在端口5，那么在端口6上的未知信号的相位将会被知晓。先进设计（ADS）的谐波平衡模拟进行了使用多端口电路模型，验证参数S的测量（见图2-4）。RF功率的RF端口被设置为0 dB m。端口6输入射频信号的相位是360度的任意数。图8显示了在所有频段的矢量形状。中心频率，回波损耗的结果由分析得出。仿真步长为5度，矢量形状近似为圆形，如图所示。幅相误差，与参数偏量的理论值的偏差很

7、小。如图所示，在S波段和C波段频率上，矢量半径几乎是相同的。在X波段频率，由于传输损耗增加对于相同的输入功率它的半径将减小。同时，可以看出，如果RF输入相位发生变化，基带的相位也会跟着变化，用圆形或星标志表明，基带信号相位以相同的步长5度变化，在RF输入端口6。矢量逆时针在S波段和X波段频率和时针在C波段频率（详见公式5和图5-7）。因此，相位矢量（到RF输入相关的信号相位）可以轻易的通过模拟或数字信号测量获得。方程（5）表示，矢量幅度是与成正比。用椭圆代替圆，如果实际上的最大值的不平衡得到的实部和虚部的矢量，该DSP将会考虑校准程序。该实验电路采用基带电路制作运算放大器根据公式（5），宽带探测器是WIL