一种相位调制的微波移相实现新设计

网络和控制网络。移相网络包括微带线和射频开关，实现射频信号的移相。控制网络包括FPGA和反相器，实现对射频开关工作状态的控制。实际的移相网络电路如图4所示。图4是一个完整的射频前端电路，不仅包括MPN，还包括射频放大和电源部分。

根据式(1)，对2相相位调制，θk=180°或0°，只需控制K6的状态，其余开关OFF便可实现调相。

对4相相位调制，θk是90°的倍数，只要控制K5和K6的状态，其余开关OFF便可实现调相。

对8相相位调制，θk是45°的倍数，只要控制K4、K5和K6的状态，其余开关OFF便可实现调相。

对16相相位调制，θk是22.5°的倍数，只要控制K3、K4、K5和K6的状态，其余开关OFF便可实现调相。

对32相相位调制，θk是11.25°的倍数，只要控制K2、K3、K4、K5和K6的状态，其余开关OFF便可实现调相。

对64相相位调制，θk是5.625°的倍数，控制K1、K2、K3、K4、K5和K6的状态便可实现调相。

另外，如果设所有开关均OFF的状态对应的载波初相为0，则移相器还可实现载波初相选择。例如，要实现图1中初相度数θ=45°的星座图，只需K4处于ON，然后控制K5K6的状态即可。

2 仿真和测试

MPN的设计采用ADS软件包实现并仿真。设计采用厚度为1.6 mm、介电常数为2.2的Rogers板材，损耗角正切(Loss Tangent)为0.003 5。工作频率为3.8～4.0 GHz。射频开关选用Hittite公司生产的GaAs单刀双掷开关HMC536，插入损耗仅为0.3 dB，符合设计要求。仿真与测试结果如表1所示。由表可见仿真和测试误差均1.2°，达到了设计和应用要求。

由于其共享射频前端电路，所以两种方案只有软件上的差别，只需控制FPGA的基带数据便可比较其性能。测试时两种方案均采用相同的基带数据，硬件环境保持一致，只修改软件就可进行对比测试。两种方案的性能对比如图5所示，其中横轴为接收信噪比(SNR)，纵轴为接收误码率(BER)。“new”表示新设计方案，“orthogonal”表示传统的正交调制方案。由图5可见，采用新技术制作的无线发射系统的性能达到了正交调制实现技术的误码水平。且新设计无需正交调制实现技术必须的正交调制器和混频器，使系统得以简化，并使成本降低。尤其是当该技术应用于天线阵系统时还能够采用同一个调相网络同时实现相位调制和波束合成，使系统得到了进一步简化。

3 结束语

由图5可见，采用新技术制作的无线发射系统性能达到了正交调制实现技术的误码水平。新设计无需正交调制实现技术必须的正交调制器和混频器，使系统简化、成本降低。尤其当该技术应用于天线阵系统时，能够采用同一个调相网络同时实现相位调制和波束合成，使系统进一步简化。例如，当该系统用于BPSK调制时，由于K1、K2、K3、K4、K5处于空闲状态，所以可以用于波束合成。如果该系统的串联级数增加，还可以实现更加精细的波束合成。