CN101022182B - 基于左右手复合传输线的宽带巴仑 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于左右手复合传输线的宽带巴仑包括威尔金森功分器以及由右手传输线和左右手复合传输线组成的相移器，右手传输线与威尔金森功分器的一个输出端相连，左右手复合传输线与威尔金森功分器的另一个输出端相连，所说的左右手复合传输线由n个左右手复合传输线单元串联而成，每个左右手复合传输线单元是由两个相连的阻抗单元和连接在两个阻抗单元接点处的导纳单元构成的T形电路。本发明具有：结构简单，成本低，尺寸小，可以获得宽工作频带，低插入损耗，低回波损耗和高隔离度的优点，便于制作及集成微波，毫米波电路。

Description

基于左右手复合传输线的宽带巴仑

技术领域

本发明涉及一种巴仑，尤其是基于左右手复合传输线的宽带巴仑。

背景技术

巴仑是一个三端口器件，它可以将不平衡的单端信号转换为平衡的差分信号，被广泛地应用在双线天线等微波天线的馈电系统中和其他射频或微波通信，卫星通信，无线通信，有线电视中。

巴仑的设计通常有分布式传输线和集总参数元件两种类型。分布式传输线类型的巴仑由于对传输线本身的频率依赖性导致其带宽很窄，如果要达到宽带的话，其结构就不可能紧凑。集总参数元件设计结构可以做到很紧凑，但它会造成低通、高通输出线的相位响应不匹配。

目前，已知的巴仑通常都是威尔金森结构和T型结构，但是这些巴仑由于所用元件的线性色散关系，导致存在工作频带窄，频率低，结构复杂，尺寸大，制作工艺要求高的缺点。

工作频带，尺寸，质量大小，结构复杂性，低的插入损耗，回波损耗和高的隔离度是设计一个好的巴仑必须考虑的因素。为了扩大巴仑的工作频带，缩小尺寸，简化制作工艺，已经有不少人提出了一些新的设计方法。比如采用小型化的威尔金森结构功分器结构，或者采用双左手性传输线的差分相移器，但是其带宽也仅可以达到2∶1，还是没有得到很大程度的提高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的巴仑存在频带窄，结构复杂，尺寸大，制作工艺要求高的不足，提供一种具有宽的工作频带，低的插入损耗，高的隔离度，同时成本低，尺寸很小，便于制作和集成的基于左右手复合传输线的宽带巴仑。

本发明的基于左右手复合传输线的宽带巴仑，其特征在于包括威尔金森功分器以及由右手传输线和左右手复合传输线组成的相移器，右手传输线与威尔金森功分器的一个输出端相连，左右手复合传输线与威尔金森功分器的另一个输出端相连，所说的左右手复合传输线由n个左右手复合传输线单元串联而成，n＝1，2，…正整数，每个左右手复合传输线单元是由两个相连的阻抗单元和连接在两个阻抗单元接点处的导纳单元构成的T形电路，其中，阻抗单元由右手性电感和左手性电容串联构成，导纳单元由右手性电容并联左手性电感构成。

本发明的有益效果在于：可以获得宽工作频带，低插入损耗，低回波损耗和高隔离度，同时因为采用电容、电感元件，该左右手复合传输线的巴仑结构简单，成本低，尺寸小，便于制作及集成微波，毫米波电路。实验表明，本发明在宽频带范围内性能良好，可以使带宽提高到4.37∶1，因此能对需要宽频带差分信号的平面器件做理想馈电，例如对印刷领结天线或串联馈电偶极子扫描阵列的馈电。

附图说明

图1是基于左右手复合传输线的宽带巴仑的构成示意图；

图2是左右手复合传输线单元示意图；

图3是本发明的宽带巴仑输出端口相位响应性能示意图；图中：1为左右手复合传输线，2为右手传输线；

图4是本发明的宽带巴仑输出端口稳定相位差的带宽示意图；

图5是本发明的宽带巴仑各输出端口的隔离和直通特性示意图；

图6是本发明的宽带巴仑各端口的回波损耗特性示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1，本发明的基于左右手复合传输线的宽带巴仑，包括威尔金森功分器1以及由右手传输线2和左右手复合传输线3组成的相移器，右手传输线2与威尔金森功分器1的一个输出端相连，左右手复合传输线3与威尔金森功分器1的另一个输出端相连，所说的左右手复合传输线3由n个左右手复合传输线单元串联而成，n＝1，2，…正整数，每个左右手复合传输线单元如图2所示，是由两个相连的阻抗单元Z和连接在两个阻抗单元接点处的导纳单元Y构成的T形电路，其中，阻抗单元Z由右手性电感L_R和左手性电容C_L串联构成，导纳单元Y由右手性电容C_R并联左手性电感L_L构成。

工作时，信号从威尔金森功分器的输入端进入，从相移器的两个输出端输出。

左右手复合传输线单元所对应的电容C_R，C_L，电感L_R，L_L的初始值可以由下列公式得到：

$L_R=-\frac{Z_0}{2}\frac{\mathrm{\φPRH},S+\mathrm{\φCRLH},S}{2N{\mathrm{\ω}}_S}$

$C_R=-\frac{\mathrm{\φPRH},S+\mathrm{\φCRLH},S}{2N{\mathrm{\ω}}_S{Z}_0}$

$L_L=-\frac{2N{Z}_0}{(\mathrm{\φPRH},S-\mathrm{\φCRLH},S){\mathrm{\ω}}_S}$

$C_L=-\frac{2.2N}{(\mathrm{\φPRH},S-\mathrm{\φCRLH},S){\mathrm{\ω}}_S{Z}_0}$

其中，φ_PRH，S，φ_CRLH，S分别是右手传输线和左右手复合传输线在中心工作频率ω_S时的相移，N是左右手复合传输线的单元级联数目，Z₀是传输线的特性阻抗。可以利用安捷伦设计系统模拟仿真后对元件的初始参数值进行优化来获得最终参数，设计出在宽频带内具有固定端口相位差的巴仑。

基于左右手复合传输线的宽带巴仑设计实例：设计一个中心频率为1.5GHz，在0.63GHz到2.75GHz的频带上具有稳定相位差(180°±10°)的宽带巴仑，该巴仑的绝对带宽为2.12GHz，频率比带宽为4.37∶1。采用图1的结构来实现，其中选择左右手复合传输级联单元数目为N＝10，中心工作频率为ω_S＝2π*1.5GHz，传输线特性阻抗为Z₀＝50Ω。根据上述的一组公式计算元件初始值并利用安捷伦设计系统模拟仿真后进行优化最终得到：C_R＝1.82pF，L_R＝2.28nH，L_L＝54.49nH，C_L＝43.60pF，φ_PRH，S＝3.51π。采用上述参数设计的宽带巴仑输出端口的相位响应性能如图3和图4所示。

图5给出了输出端口的隔离和直通特性，图中：S21为威尔金森功分器的输入端与右手传输线输出端之间的传输系数，S31为威尔金森功分器的输入端与左右手复合传输线输出端之间的传输系数，S23为左右手复合传输线输出端与右手传输线输出端之间的隔离度。

图6给出了3个端口各自的回波损耗的幅度响应，图中：S11为威尔金森功分器输入端的反射系数，S22为右手传输线输出端的反射系数，S33为左右手复合传输线输出端的反射系数。由图4～图6可见，该结构的巴仑在很宽的带宽范围内达到了输出端口的稳定相位差，同时还具有低插入损耗，低回波损耗和高隔离度等优点。

Claims (1)

1.基于左右手复合传输线的宽带巴仑，其特征在于包括威尔金森功分器(1)以及由右手传输线(2)和左右手复合传输线(3)组成的相移器，右手传输线(2)与威尔金森功分器(1)的一个输出端相连，左右手复合传输线(3)与威尔金森功分器(1)的另一个输出端相连，所说的左右手复合传输线(3)由n个左右手复合传输线单元串联而成，n＝1，2，…正整数，每个左右手复合传输线单元是由两个相连的阻抗单元(Z)和连接在两个阻抗单元接点处的导纳单元(Y)构成的T形电路，其中，阻抗单元(Z)由右手性电感(L_R)和左手性电容(C_L)串联构成，导纳单元(Y)由右手性电容(C_R)并联左手性电感(L_L)构成。

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