CN107453727B - 一种低插入损耗的负群时延微波电路 - Google Patents

一种低插入损耗的负群时延微波电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低插入损耗的负群时延微波电路，其包括：介质基板、微带传输线、微带间隙电容、微带电感、短路微带线、贴片电阻、焊盘及短路孔；焊盘包括第一焊盘以及第二焊盘，微带传输线包括输入微带线和输出微带线且输入微带线和输出微带线分别与第二焊盘距离一定间隙以各自形成第一微带间隙电容以及第二微带间隙电容；输入微带线通过第一贴片电阻与所述输出微带线相连接；微带电感一端与输入微带线相连接，另一端与输出微带线相连接；第一焊盘通过第二贴片电阻与所述第二焊盘相连接；所述短路微带线的一端与第一焊盘连接，另一端与短路孔连接。本发明具有能够实现负群时延特性且插入损耗较小，输入输出端口能够获得良好的匹配等优点。

Description

一种低插入损耗的负群时延微波电路
技术领域
本发明涉及一种微波电路，具体为一种低插入损耗的负群时延微波电路。
背景技术
在信号传输过程中，衡量一个传输系统的优劣，通常要对系统的频域特性和时域特性进行分析，其中频域特性所要分析的对象包括幅频特性和相频特性。一个良好的信号传输系统，不仅要有平坦的幅频特性，并且应具有线性的相频特性，而群时延则是用来描述系统相频特性的线性度而被定义的。群时延具体指的是群信号通过传输系统或者传输网络时，信号整体所产生的时延大小，它强调的是信号整体包络的传输时间，所以也可称为包络延迟。从物理本质意义上来分析，某一特定频率下的群时延表达的是，以该频率为中心的一个很窄的频段内的信号通过线性时不变系统的时间，其大小应等于这一频率对应相位特性的负微分，即
Figure BDA0001372215360000011
其中τ表示群时延的大小。近年来，群时延受到了更多的关注和研究，尤其是在射频微波领域。然而大多研究工作都为正群时延的研究，对负群时延这一领域的研究极少。
负群时延微波电路可以减小信号在传输系统中产生的时延，也可以用于时延补偿，进而提高系统相频特性线性度；负群时延微波电路也可应用在前馈放大器中来减小延迟线的长度，进而减小电路尺寸；负群时延微波电路还可以应用在阵列天线馈电系统中，消除馈电系统因频率变化而产生的不必要的相移，进而改善阵列天线波束扫描的稳定性。负群时延微波电路在实际工程中有着广泛的应用前景，因此对负群时延微波电路的研究具有重要意义。然而传统技术实现负群时延微波电路往往会产生较大的插入损耗，需要使用放大器进行相应的补偿，从而增加了电路的复杂程度。最近虽然报道了一些降低负群时延微波电路插入损耗的技术，但已有技术很难同时满足输入输出端口的匹配，固需要额外的附加匹配电路。因此实现低插入损耗，同时满足输入输出端口匹配仍是负群时延电路研究所面临的挑战。有鉴于此，确有必要提出一种插入损耗低、输入输出端口匹配、结构简单的负群时延微波电路，来解决现有技术存在的问题。
发明内容
鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种低插入损耗的负群时延微波电路，该电路具有能够实现负群时延特性且插入损耗较小，输入输出端口能够获得良好的匹配等优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种低插入损耗的负群时延微波电路，其包括：介质基板、微带传输线、微带间隙电容、微带电感、短路微带线、贴片电阻、焊盘以及短路孔；其中，所述焊盘包括第一焊盘以及第二焊盘，所述微带传输线包括被对称形成于所述第二焊盘左右两侧的输入微带线和输出微带线且所述输入微带线和输出微带线分别与所述第二焊盘距离一定间隙以各自形成第一微带间隙电容以及第二微带间隙电容；所述输入微带线通过所述贴片电阻中的第一贴片电阻与所述输出微带线相连接；所述微带电感一端与所述输入微带线相连接，另一端与所述输出微带线相连接；所述第一焊盘通过贴片电阻中的第二贴片电阻与所述第二焊盘相连接；所述短路微带线的一端与所述第一焊盘连接，另一端与短路孔连接。
进一步的，所述微带电感能够通过调节其长度改变所对应的等效电感值。
进一步的，设定所述第一微带间隙电容与第二微带间隙电容的等效电容值均为C1，所述微带电感的等效电感值为L1，则所述等效电感值L1与等效电容值C1满足下述关系式，即
Figure BDA0001372215360000021
进一步的，所述短路微带线的长度至少小于中心频率所对应的波长的四分之一，所述短路微带线的等效电感值L2与微带间隙电容的等效电容值C1满足下述关系式，即
Figure BDA0001372215360000031
进一步的，所述第一贴片电阻的电阻值R1与第二贴片电阻的电阻值R2满足下述关系式，即
Figure BDA0001372215360000032
其中，Z0为输入微带线和输出微带线的特性阻抗。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的一种低插入损耗的负群时延微波电路，能够实现负群时延特性，而且插入损耗较小，输入输出端口能够获得良好的匹配，同时具有结构简单，易于调谐，制作成本低等特点。
附图说明
图1是本发明一种低插入损耗的负群时延微波电路的结构示意图；
图2是本发明一种低插入损耗的负群时延微波电路的S参数曲线图；
图3是本发明一种低插入损耗的负群时延微波电路的群时延曲线图；
图4是本发明一种低插入损耗的负群时延微波电路的相位曲线图；
图中：1、介质基板，2、微带传输线，21、输入微带传输线，22、输出微带传输线，3、微带间隙电容，31、第一微带间隙电容，32、第一微带间隙电容，4、微带电感，5、短路微带线，6、贴片电阻，61、第一贴片电阻，62、第二贴片电阻，7、焊盘，71、第一焊盘，72、第二焊盘，8、短路孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述低插入损耗的负群时延微波电路，其包括：介质基板1、微带传输线2、微带间隙电容3、微带电感4、短路微带线5、贴片电阻6、焊盘7、短路孔8；其中，所述微带传输线2包括被对称形成于所述第二焊盘72左右两侧的输入微带线21和输出微带线22；所述微带间隙电容3包括第一微带间隙电容31和第二微带间隙电容32；所述贴片电阻6包括第一贴片电阻61和第二贴片电阻62；所述焊盘7包括第一焊盘71和第二焊盘72；其中所述微带间隙电容、微带电感与第一贴片电阻61即R1经由微带传输线相连，构成一个并联谐振电路；短路微带线5与第二贴片电阻62即R2串联连接，具体的所述输入微带线21和输出微带线22分别与所述第二焊盘72距离一定间隙以各自形成第一微带间隙电容31以及第二微带间隙电容32；所述输入微带线21通过所述贴片电阻6中的第一贴片电阻61与所述输出微带线22相连接；所述微带电感4一端与所述输入微带线21相连接，另一端与所述输出微带线22相连接；所述第一焊盘71通过贴片电阻中的第二贴片电阻62与所述第二焊盘72相连接；所述短路微带线5的一端与所述第一焊盘71连接，另一端与短路孔8连接。
进一步的，所述微带电感4具有高阻抗特性，能够通过调节其长度改变所对应的等效电感值。
进一步的，设定所述第一微带间隙电容31与第二微带间隙电容32的等效电容值均为C1，所述微带电感4的等效电感值为L1，则所述等效电感值L1与等效电容值C1满足下述关系式，即
Figure BDA0001372215360000041
其中ω为角频率，ω＝2πf＝2π/T。
进一步的，所述短路微带线5的长度至少小于四分之一的中心频率所对应的波长，所述短路微带线的等效电感值L2与微带间隙电容的等效电容值C1满足下述关系式，即
Figure BDA0001372215360000051
进一步的，所述第一贴片电阻的电阻值R1与第二贴片电阻的电阻值R2满足下述关系式，即
Figure BDA0001372215360000052
其中，Z0为所述负群时延电路的输入输出微带线的特性阻抗，优选的特性阻抗为50欧姆。可通过调节贴片电阻的电阻值R1和R2来实现不同的负群时延值。
实验证明：本发明所提供的负群时延电路可实现的技术指标如下：
群时延值：<-1.0ns
负群时延工作的相对带宽：>5％
插入损耗：<10dB
回波损耗：≥20dB
下述以具体实施例为例，对本发明所述方案作以详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
具体实施例：本实施例列举群时延电路的中心工作频率为1575MHz进行说明，如图2所示，在1575MHz频率处，本发明所述负群时延微波电路的插入损耗小于8dB，输入输出端口的回波损耗分别达到了40.5dB和42.0dB，并且在1549MHz～1613MHz频率范围内输入输出端口的回波损耗大于20dB，说明输入输出端口在较宽的频率范围内获得了良好的匹配性能。如图3所示，本发明所述的负群时延微波电路在中心工作频率处的群时延值为-1.3ns，实现了负群时延特性，并且在1531MHz～1619MHz频率范围内群时延值均为负值。如图4所示，在1531MHz～1619MHz频率范围内，本发明所述的负群时延微波电路的相位曲线的斜率为正，这也说明本发明所述的负群时延微波电路实现了良好的负群时延特性。
综上，本发明所述低插入损耗的负群时延微波电路，由于采用了所述的分布参数电路结构，使得电路能够实现负群时延特性，具有较低的插入损耗，且输入输出端口匹配良好，同时具有结构简单，易于调谐，制作成本低等特点，非常适合各类射频微波系统应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低插入损耗的负群时延微波电路，其特征在于，包括：
介质基板(1)、微带传输线(2)、微带间隙电容(3)、微带电感(4)、短路微带线(5)、贴片电阻(6)、焊盘(7)以及短路孔(8)；其中，所述焊盘(7)包括第一焊盘(71)以及第二焊盘(72)，所述微带传输线(2)包括被对称形成于所述第二焊盘(72)左右两侧的输入微带线(21)和输出微带线(22)且所述输入微带线(21)和输出微带线(22)分别与所述第二焊盘(72)距离一定间隙以各自形成第一微带间隙电容(31)以及第二微带间隙电容(32)；所述输入微带线(21)通过所述贴片电阻(6)中的第一贴片电阻(61)与所述输出微带线(22)相连接；所述微带电感(4)一端与所述输入微带线(21)相连接，另一端与所述输出微带线(22)相连接；所述第一焊盘(71)通过贴片电阻(6)中的第二贴片电阻(62)与所述第二焊盘(72)相连接；所述短路微带线(5)的一端与所述第一焊盘(71)连接，另一端与短路孔(8)连接。
2.根据权利要求1所述的负群时延微波电路，其特征在于：
所述微带电感(4)能够通过调节其长度改变所对应的等效电感值。
3.根据权利要求1所述的负群时延微波电路，其特征在于：
设定所述第一微带间隙电容(31)与第二微带间隙电容(32)的等效电容值均为C1，所述微带电感(4)的等效电感值为L1，则所述等效电感值L1与等效电容值C1满足下述关系式，即
Figure FDA0001372215350000011
4.根据权利要求1所述的负群时延微波电路，其特征在于：
所述短路微带线(5)的长度至少小于中心频率所对应的波长的四分之一，所述短路微带线(5)的等效电感值L2与微带间隙电容的等效电容值C1满足下述关系式，即
Figure FDA0001372215350000012
5.根据权利要求1所述的负群时延微波电路，其特征在于：
所述第一贴片电阻(61)的电阻值R1与第二贴片电阻(62)的电阻值R2满足下述关系式，即
Figure FDA0001372215350000021
其中，Z0为输入微带线(21)和输出微带线(22)的特性阻抗。
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