移相器——移相器介绍

Posted 2022-02-08 wangkai2019

摘要    

    随着物联网、大数据、5G时代的来临，无线通信、相控阵系统、PAM4接收机发射机等系统，也正在经历又一轮的技术革新。移相器作为其中的关键模块，也在持续发展。开始的移相器基本都为一些无源元件构成的无源移相器，但由于其占据面积较大，移相精度不高，无源移相器正面临着发展瓶颈，近些年有很多低功耗、小面积、低成本的有源移相器正在渐渐变为研究热点。移相器又有数字式、模拟式和数模混合式，目前主流的移相器为数字式，通过开关的切换来选择均匀步进的相位。下面将是移相器的基本概念介绍。

介绍

    移相器（phase shifter）是无线通信、相控阵系统、PAM4接收机发射机等系统中的关键模块，其用来改变信号的相位，它的分类如图1所示。移相的精度是其最重要的考察指标，从开始的误差高达十几度的4位有源数控移相器，发展到现在误差仅为几度的6位有源数控移相器，结构的变化，工艺的改进，共同推动了有源数控移相器的进步。

图1 移相器的分类

    有源数控移相器主要为矢量调制型，其基本原理如图2所示。图（a）表示矢量调制的基本原理，A₁为原始信号，A₂为正交信号，A_Σ为其合成信号。图（b）表示的是一对差分信号转成的正交信号，这样可以覆盖360°的相移。

 

图2 矢量调制原理

    有源移相器的主要指标包括工作范围、移相范围、移相精度、相位误差等。移相器的工作范围又称工作频带，它是指移相器可以完成正常移相功能的频率范围，其中，保证移相器正常工作的最高频率称为移相器的工作频带上限，正常工作的最低频率称为移相器的工作频带下限。移相器的移相范围是指移相器所能实现的输出信号与输入信号的最大相位差值，常用的移相范围有0—180°和0—360°，目前基本都是0—360°的移相范围。移相精度是指移相器所能实现的最小相移量，对数字步进式移相器(又称数控移相器)来说，移相精度与步进位数有关。常用的移相精度为25°、11.25°和5.625°，对应的步进位数分别为4位、5位和6位。对于360°移相范围的移相器来说，其移相精度和步进位数的关系为

    其中，θ为移相精度，n为移相器的步进位数。对于数控移相器来说，其在理想情况下产生的是标准的参考相位，如对于5位数控移相器，其产生的一系列参考相位为0、11．25°、22.5°、33．75°、45°等，而实际的电路中，由于理想元器件并不存在，再加上电路中的其他非理想效应和工艺误差，实际产生的相移量与相应的参考相位之间会存在一定的偏差。相位误差有两种表示方法，一种是最大相位误差，一种是均方根相位误差，一般采用均方根相位误差来表示。