CN103684346A - 一种双频段高性能负群延时电路 - Google Patents

一种双频段高性能负群延时电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双频段高性能负群延时电路。该电路结构采由3dB耦合器、分布式微带线和新型左右手传输线共同实现，属于国际研究前沿领域。本发明首次提出了“双频段负群延时电路”使用这一概念，有效解决目前负群延时电路只能单一频段使用的缺点，有效减小电路体积，各频段直接干扰性很小。同时该负群延时电路由于使用了左右手新型材料，使得相比传统RLC负群延时电路和有源负群延时电路，其适应性更高、稳定性更高，可广泛使用对性能指标要求苛刻的系统中。

Description

一种双频段高性能负群延时电路
技术领域
本发明属于一种高性能负群延时电路，特别是一种双频段高性能负群延时电路。
背景技术
微波毫米波通信的快速发展，尤其是商用通信的广泛使用，对于通信系统的性能指标提出了更高要求，对于大多数器件产生的正群延时，而导致系统整体性能变差。在早期阶段，针对这一问题国内外研究者提出了不少的解决方法，其中负群延时电路就是最具代表性的成果之一，但早期的负群延时设计都只能局限在某一个特定频段和特定的带宽内，并且信号损耗非常大，不够稳定。随着新材料研究和交叉学科的兴起，改变传统RLC负群延时电路和有源器件负群延时电路的结构，成为了又一个研究热点，并有效的改善了传统负群延时电路的部分缺点。目前这一前沿领域内又提出了新的挑战，如何将不同频段的负群延时电路合并，以减小电路结构体积，并保证性能基本不变。
发明内容
本发明目的在于利用3dB耦合器、左右手新型材料和传统电容电感混合搭建，实现双频段同时使用的负群延时电路。该电路结构稳定性好，各项性能均能达到单个频段使用时的效果，大大减少了电路结构体积。
实现本发明目的的技术方案是：一种双频段高性能负群延时电路，包括射频输入端口RFIN、射频输出端口RFOUT、两个主电路单元；两个主电路单元组成结构完全一致，包括3dB耦合器、两个RC谐振单元、两个左右手材料传输线单元。在第一主单元中，3dB耦合器的输入端连接射频输入端口RFIN，直通端与第二主单元中耦合器的输入端相连接，第二主电路单元中耦合器的直通端与射频输出端口RFOUT连接；RC谐振单元由电阻RRP和电容CCOMP并联构成，RC谐振单元1的两端分别与耦合器的耦合端和地相连，RC谐振单元2的两端分别与耦合器的隔离端和地相连；在左右手材料传输线单元中，由两段右手材料微带线、左手材料电容、左手材料电感共同构成。第一主电路单元和第二主电路单元之间用微带线进行连接。射频输入端口和射频输出端口接50欧姆阻抗。
    与现有技术相比，由于本发明采用的是左右手新型材料和传统材料混合加工，所带来的显著优点是：（1）实现双频段共同使用；（2）体积优势明显；（3）稳定性良好；（4）加工简单；（5）适用性强。（6）商业前景非常好。
附图说明
图1 是本发明一种双频段高性能负群延时电路总体结构示意图。
图2是本发明一种双频段高性能负群延时电路结构中左右手新型材料单元示意图。
图3是本发明一种双频段高性能负群延时电路的负群延时结果图。
图4是本发明一种双频段高性能负群延时电路S曲线结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。本发明以WCDMA和WiMAX频段共同使用作为实例具体说明。
结合图1，本发明是一种双频段高性能负群延时电路，包括射频输入端口（RFIN）、射频输出端口（RFOUT）、两个主电路单元；两个主电路单元组成结构完全一致，包括3dB耦合器、两个RC谐振单元、两个左右手材料传输线单元。在第一主单元中，3dB耦合器的输入端连接射频输入端口RFIN，直通端与第二主单元中耦合器的输入端相连接，第二主电路单元中耦合器的直通端与射频输出端口RFOUT连接；RC谐振单元由电阻RRP和电容CCOMP并联构成，RC谐振单元1的两端分别与耦合器的耦合端和地相连，RC谐振单元2的两端分别与耦合器的隔离端和地相连；在左右手材料传输线单元中，由两段右手材料微带线、左手材料电容、左手材料电感共同构成。第一主电路单元和第二主电路单元之间用微带线进行连接。射频输入端口和射频输出端口接50欧姆阻抗。
结合图2，详细阐述左右手材料传输线单元的具体结构：该部分主要分为三小块，其中在物理结构中，处于中间部分的是新型左手材料，包括由四个电容和三个电感组成，四个电容相互串联。三个电感分别在每两个电容之间接地。右手材料的微带线结构处于两边，其大小根据所需要的负群延时大小、频率和带宽共同决定。
结合图3负群延时结果图可以看出，其双频段负群延时效果良好，在WCDMA频段（2.14±0.1GHz）负群延时约为4.3ns，在WiMAX(3.5±0.1GHz)负群延时约为-3.9ns，其效果相比传统RLC负群延时电路有很大的改善。
结合图4负群延时电路信号S曲线图，可以得出在WCDMA和WiMAX频段，最大衰减均约为35dB，这一结果基本和传统RLC负群延时电路和有源负群延时电路一致，但是其带宽明显比传统电路设计有了改善。
本发明一种双频段高性能负群延时电路，结合图1，其工作原理简述如下：一种双频段高性能负群延时电路的基本构架为两个主电路单元，实现双频段宽带负群延时效果，其中两个主电路单元均可以实现负群延时的效果，但是其中心频率有一定的差别，这样当信号通过后，可以产生较宽的带宽，这也是本发明的主要优势之一。每一个主电路单元中所包含的两个左右手材料传输线单元用来产生负群延时，因为实现功能为双频段同时负群延时，所以其基本结构一致，但是具体元器件值大小，微带的长短均不一样。RC单元接地是起稳定作用，其电感电容值的大小根据频率来确定。当信号从输入端输入后，进过两个单元传输，在输出后就实现了双负群延时的效果。
一种双频段高性能负群延时电路中的主电路由传统微带线结构、耦合器和左右手新型材料共同组成，稳定性良好，适用性强，体积小，极大拓展了负群延时电路的研究广度。
结合图3和4，一种双频段高性能负群延时电路，在WCDMA频段（2.14±0.1GHz）负群延时约为4.3ns，在WiMAX(3.5±0.1GHz)负群延时约为-3.9ns。两个中心频率附近的最大信号衰减为35dB，实现了双频段同时负达到群延时的效果。

Claims (3)

1.一种双频段高性能负群延时电路，其特征在于：包括射频输入端口（RFIN）、射频输出端口（RFOUT）、两个主电路单元；两个主电路单元组成结构完全一致，包括3dB耦合器、两个RC谐振单元、两个左右手材料传输线单元；在第一主单元中，3dB耦合器的输入端连接射频输入端口（RFIN），直通端与第二主单元中耦合器的输入端相连接，第二主电路单元中耦合器的直通端与射频输出端口（RFOUT）连接；RC谐振单元由电阻（RRP）和电容（CCOMP）并联构成，RC谐振单元1的两端分别与耦合器的耦合端和地相连，RC谐振单元2的两端分别与耦合器的隔离端和地相连；在左右手材料传输线单元中，由两段右手材料微带线、左手材料电容、左手材料电感共同构成；第一主电路单元和第二主电路单元之间用微带线进行连接；射频输入端口和射频输出端口接50欧姆阻抗。
2.根据权利要求1所述的双频段高性能负群延时电路，其特征在于：3dB耦合器、RC谐振单元、两个左右手材料传输线单元和主电路单元之间的微带连接线均为平面结构，其布线排列方式可根据需要进行调整。
3.根据权利要求1和2所述的双频段高性能负群延时电路，其电路结构可在1-10GHz频段内实现负群延时。
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