在衛星服務的接收情況中，因為衛星的距離太遠，所以接收器的主波束能 量都非常的集中，以至於車輛在爬坡或是下降的時候，天線的主波束很容易偏離 目標，而造成接收的訊號強度大幅的下降，因此本文中提出一種Ku頻段(12.45GHz) 的移相器陣列，主要目的在於設計一個可以轉換波束的智慧型天線，藉由直流偏 壓的改變，可以將訊號偏移 120 度以上，以便將天線的主波束俯仰角移轉 25o， 利用天線的空間方向性，來增加接收訊號的強度。
在本文的第三章中發展超寬頻無線收發模組，軍用無線通信系統有別於商 用無線通信系統，在使用情景上需具靈活性、機動性與強韌性。本文的研究目的 在於設計一個 900 MHz~ 1200 MHz 的超寬頻無線接收模組並且量測所需要的跳 頻時間，此模組可以應用於現代化的戰場上，以便讓戰場上的步兵或是載具能夠 在最短的時間內得到最即時的戰情資料。
第二章 Ku Band 移相器陣列
兩個控制狀態，且個別對應的傳播相位(Transmission Phase)為Φ1與 ，則此雙 埠網路的相位偏移量為 。圖2-2 為傳播相位示意圖，圖中V任何電抗元件不論是以串聯或是並聯的形式與傳輸線連接後，都能夠產生相
4. 可以針對相位偏移對頻率(phase shift-versus-frequency) 、兩個偏壓狀態 的介入損失平衡度等作最佳化的設計。
而在設計上，對於 90 度混成器的需求必須要求能夠對兩個輸出埠提供均分 的輸出功率，並且在這兩個均分的輸出訊號有 90 度的相位差，因此在本文中決 定使用 90 度的分枝線混成器來完成反射式移相器的實作。
如圖 2-3 在 90 度混成器運作當中，當訊號由埠(1)輸入送入電路後，埠(4)
沒有輸出，埠(2)、埠(3)會輸出相位差 90o且等分輸入功率的訊號，埠(2)、埠(3) 的訊號行進至壓控可變電容二極體後反射，再度進入90o混成器，此時埠(1)為破 壞性干射(相位差 180o)沒有輸出，埠(4)為建設性干射(相位差 0o)有輸出訊號。因 此只要利用一個90o混成器，配合任意具有壓控可變電容的反射網路，就能設計 出移相器。
圖2-3 反射式移相器架構說明 移相器電路設計
在設計移相器的效能上，絕大部份的因素取決於當做負載的壓控可變電容還 有匹配電路。在壓控可變電容上，本論文中採用Metelics Inc 之 MGV-125-09-0805 壓控變容二極體。
在設計的步驟中：
A. 首先量測出壓控可變電容對於 50Ω 傳輸線在兩個控制狀態(0V、10V) 的反射係數。將這兩個量測數據，輸入電路模擬軟體設計匹配電路。
B. 為了要使壓控可變電容匹配到所要改變的張角，首先加上一小段傳輸 線，目的在於將兩個控制狀態(0V、10V)的反射係數轉到對稱於 Smith Chart 圖的實數軸。
C. 最後加上一段四分之波長阻抗轉換器，加大兩個控制狀態之反射係數的 角度差值，使得角度差達到目標偏移量1200以上。
設計負載電路的過程中需注意，雖然加上特性阻抗值越高的四分之波長阻抗
轉換器，可以得到越大的相位偏移量，但是負載電路的反射量變少，反射係數往 Smith Chart 圓心移動。因為特性阻抗值越高的傳輸線其損耗也越高，最後可能 可能導致整體移相器的介入損耗太大。另外在設計陣列的時候，匹配電路的粗細
圖2-4 陣列天線的分析
而在本文所選用的串接式陣列如圖2-6，每一根天線利用耦合器將訊號耦合 到主訊號傳輸路徑上，是一種在高頻串接能量的移相器陣列。串接型的天線陣列 在設計上相對複雜許多，因為串接型的天線陣列在能量的耦合上必須要考慮每一 個移相器的能量損耗並去做相對應的補償電路，而且初始角度也都要做另外的調 整。但是串接式的天線陣列在完成生產後對天線波束的控制上相對簡單許多，因 為當天線陣列的主波束想要轉動的時候，串接式天線陣列在控制移相器陣列上只 要對每一個移相器產生相同的偏移角度即可完成主波束的轉換。下表2-1 即對並 聯式陣列天線和串接式陣列天線作一個設計和控制上的比較。
圖2-5 相位陣列天線並聯架構圖 圖2-6 相位陣列天線串接架構圖
表2-1 並聯式天線與串接式天線的比較
並聯式移相器陣列 串接式移相器陣列
能量的損耗 各路徑能量的損耗一致 各路徑能量損耗會累積
相位的控制 各路徑的相位一致 相位的偏移將會累積
移相器的控制 移相器的控制較為複雜 移相器的控制較為簡單
為了要實現串接式移相器的架構，在本文中提出兩種不同的方法來補償串接 式移相器陣列的能量損耗：被動式移相器陣列利用耦合器來補償移相器損耗，主 動式移相器利用放大器來補償移相器損耗，以下就分別討論兩種移相器陣列的優 缺點。
被動式移相器陣列
一單位電路包括：移相器、耦合器、相位延遲線。其中移相器的主要目的是 藉由電壓來改變可變電容的容值，進而改變天線主要波束的方向。耦合器最主要 的目的是將天線接收的能量加成，如圖2-7 中，天線接收的訊號由耦合器的埠(1) 進入，在埠(2)做 50 的負載匹配電路(termination)，在埠(3)為隔離埠，所以沒有 能量通過，因此天線的能量只能從耦合埠(4)通過，並且和所有接收路徑的能量 加成後，由輸出端輸出。
Ω
另外在設計被動式移相器陣列中的耦合器時，因為每一個移相器大約有4dB 的介入損耗，所以在耦合器的耦合強度上必須由左到右每一個間隔以 4dB 的耦 合量增加，這樣就可以補償移相器所造成的介入損耗。這樣補償移相器陣列的優 點是不用再經過外加的放大器來補償，可以節省功率的消耗，但是缺點是陣列的 串階級數有限，在PCB 板的製程上無法作到太大或是太小的耦合量。
圖2-7 三級被動式移相陣列式意圖
被動式移相器陣列主要由耦合器來補償移相器的損耗。在耦合器的解析上是 利用奇偶模的解析來控制耦合量的大小：
定義變數 0 0
放大器設計的最主要目的是要補償移相器的損耗，所以在設計上，整體增益 並不是那麼重要，增益太大反而要加上大的衰減器來讓移相器陣列的主要訊號傳 輸路徑上的整體增益平衡。因此在本文中放大器的設計流程是依照低雜訊放大器 的設計流程：
首先，在史密斯圖上畫出所需要的等雜訊圓(constant noise figure circle)和輸 入穩定圓(input stability circle)，確認電晶體工作在無條件穩定(unconditional stable) 的狀態下，
之後決定輸入端的匹配點，匹配點是等可獲增益圓(constant Ga circle)和等 雜訊圓的交點，並且利用傳輸線合成輸入端匹配網路，因為之前已經確認過所使 用的電晶體 NE3210S01 工作在無條件穩定的狀態，所以任何頻率都應該是落在 穩定區裡。
2.4 移相器陣列實作與量測
如圖 2-10 為單一個移相器的實體電路圖，因為要量測絕對傳播相位，所以 量測前需作TRL校正，將參考平面移動到實際設計位置。圖 2-11 為移相器在最 大(10V)和最小(0V)兩個工作狀態下的散射參數量測結果，在兩個工作電壓下的 介入損耗差值小於 1dB，而圖 2-12 為移相器可以移轉的相位，其實作結果大於 120o，符合當初設計的結果。
圖2-10 移相器實體電路
圖2-11 移相器散射參數量測結果
圖2-12 移相器相位偏移量測結果
被動式移相器實作
依據圖2-7 的架構分別另外設計耦合器的量測結果如下圖 2-13，由圖中的量 測結果得到了三個耦合器分別為-12dB、-16dB、-20dB 的耦合量，反射損耗和隔 離埠的能量也都達到預期的需求。
圖 2-14 為三級被動式移相陣列實體電路，由圖中可以發現耦合器中間的空 隙隨著每一級越來越小，這就是為了要控制耦合量所設計的。隨著這個設計，相 位的估算也要重新設計過，使得電路在每一個埠間所延遲的相位都要相同以符合 系統的需求。圖 2-15 為三級被動式移相器陣列的散射參數量測結果，結果顯示 經由耦合器透過中間間隙的改變補償移相器的損耗之後，已經可以將各個埠的能 量補償成為一致。表2-3 的結果是分別經由各個埠進入的相位轉移量測。由表中 可以發現當移相器串接之後，每一個移相器的相位偏移可以相加在一起，所以在 埠三的輸入訊號經過三個移相器各貢獻了120o之後可以達到360o的相位移轉。
圖2-13 耦合器量測結果
圖2-14 三級被動式移相陣列實體電路
圖2-15 三級被動式移相器陣列量測結果
表2-3 三級被動式移相器相位量測結果
本電路所設計的放大器是利用 NE3210S01，設計的環境在 RO4003 介電值 常數3.38 的基板，依照低雜訊放大器的設計方法所實作完成。圖 2-16 是放大器
利用天線饋入耦合器的間距來調整天線饋入的能量，如此一來這三個移相器就必 須考慮到初始角度的不同而分開設計，而設計完成之後的偵錯程序也會變的更加 複雜。因此在主動式陣列中，我們使用的方法是利用一個放大器就搭配一個移相 器，如此再加上衰減器把過多的增益抵銷掉，就可以重複的使用單一個移相器單 元。圖 2-18 是移相器的實體電路與實體電路上的功能說明，由圖中可以發現因 為移相器的偏壓和放大器的偏壓是分開不同的，所以必須在每一個放大器和移相 器之間安排直流阻斷器(DC block)，而這部分的損耗也必須要由放大器的增益補 償回來。
圖 2-19 和表 2-4 在量測的結果上可以發現放大器已經成功的補償了移相器 的損耗，而且在移相器的移相功能上也有達到預期的要求。
圖2-18 兩級主動式移相陣列實體照片
圖2-19 兩級串接式移相器散射參數量測結果
表2-4 移相器相位量測對照表
移相器電壓(V) 每伏特可偏移的角度(度) 累 計 偏 移 角 度 ( 度 )
0V 0 0
1 V 13.66 13.66
2 V 14.52 28.18
3 V 20.69 48.87
4 V 22.94 71.81
5 V 17.76 89.57
6 V 17.40 106.97
7 V 13.84 120.81
8 V 11.56 132.37
9 V 10.21 142.58
10 V 9.95 152.52
如圖 2-20 中可以看到，當移相器的工作電壓改變的時候，移相器的損耗其
如圖 2-20 中可以看到，當移相器的工作電壓改變的時候，移相器的損耗其