CN107508572A - 一种基于分布参数实现的宽带负群时延微波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布参数实现的宽带负群时延微波电路，其包括：介质基板、微带传输线、微带电感、微带间隙电容、短路微带线、贴片电阻、焊盘以及短路孔；微带传输线包括输入微带线和输出微带线；输入微带线一端通过第一微带电感与焊盘连接，输出微带线一端通过第二微带电感与焊盘连接；第一贴片电阻分别与输入微带线和输出微带线连接，且输入微带线和输出微带线所形成的微带间隙构成微带间隙电容；第二贴片电阻一端与焊盘连接，另一端与短路微带线连接，且短路微带线的一端与贴片电阻连接，另一端与短路孔连接。本发明能够实现宽带负群时延特性，而且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。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波电路，具体为一种分布参数实现的宽带负群时延微波电路。
背景技术
近年来，随着宽带无线通信、相控阵雷达、空间探测、卫星导航等理论的完善和软硬件水平的不断提升，对通信系统的传输容量和信道传输特性也提出了越来越高的要求。长期以来，对于信号的线性传输系统的大多数研究都集中在幅频响应的研究，而较小关注相频响应的影响。但是实际上相对于幅度，相位在信号传输过程中所承载的有用信息量更大，稳定性更高；群时延是用来表示信号在传输系统中相位线性度的一个非常重要的参数，近年来受到了越来越多的关注和研究，尤其是在射频微波领域。然而目前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。
由于负群时延微波电路有如下几种特性，如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的线性度；如可以应用于前馈放大器中以减小延迟线的长度，进而减小电路尺寸；如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。可见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的意义。
早期，实现负群时延的方法是采用有源电路的方式，但是其电路结构复杂，实现难度高；目前大多数负群时延微波电路的研究工作主要集中在无源电路上，其主要实现方式有两种，一种是采用集总参数的方法，另外一种是采用分布参数的方法。采用集总参数实现的负群时延电路插入损耗较大，同时很难满足输入输出端口的匹配；采用分布参数的方法在一定程度上解决了插入损耗较大的问题，但是很难同时满足输入输出端口的匹配，往往需要附加额外的匹配电路，来实现输入输出端口的匹配。此外，已有的负群时延微波电路的带宽窄(负群时延工作的相对带宽小于3％)，不适合宽带系统的应用。
有鉴于此确有必要提出一种既能利用分布参数实现，又同时满足输入输出端口匹配且结构简单的宽带负群时延微波电路。
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能够实现宽带负群时延特性的基于分布参数实现的宽带负群时延微波电路，以实现既利用分布参数，同时又满足输入输出端口匹配要求等设计目的。
为了实现上述目的，本发明的技术方案：
一种基于分布参数实现的宽带负群时延微波电路，其特征在于，包括：介质基板、微带传输线、微带电感、微带间隙电容、短路微带线、贴片电阻、焊盘以及短路孔；其中，所述微带传输线包括被对称形成于所述焊盘左右两侧的输入微带线和输出微带线；所述输入微带线一端通过所述微带电感中的第一微带电感与所述焊盘连接，所述输出微带线一端通过所述微带电感中的第二微带电感与所述焊盘连接；所述贴片电阻中的第一贴片电阻分别与所述输入微带线和输出微带线连接，且所述输入微带线和输出微带线之间所形成的微带间隙构成本电路的微带间隙电容；所述贴片电阻中的第二贴片电阻一端与焊盘连接，另一端与短路微带线连接，且所述短路微带线的一端与第二贴片电阻连接，另一端与短路孔连接。
进一步的，所述第一微带电感与第二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，设定所述第一微带电感与第二微带电感的等效电感值均为L1，所述微带间隙电容的等效电容值为C1则所述等效电感值L1与等效电容值C1满足下述关系式，即
进一步的，所述短路微带线的长度至少大于四分之一中心频率所对应的波长，所述短路微带线的等效电容值C2与微带电感的等效电感值L1满足下述关系式，即
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：
本发明提供的宽带负群时延电路能够实现宽带负群时延特性，而且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是本发明一种分布参数实现的宽带负群时延微波电路的结构示意图；
图2是本发明一种分布参数实现的宽带负群时延微波电路的S参数曲线图；
图3是本发明一种分布参数实现的宽带负群时延微波电路的群时延曲线图；
图4是本发明一种分布参数实现的宽带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、微带电感，31、第一微带电感，32、第二微带电感，4、微带间隙电容，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，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所示的一种基于分布参数实现的宽带负群时延微波电路，其特征在于，包括：介质基板1、微带传输线2、微带电感3、微带间隙电容4、短路微带线5、贴片电阻6、焊盘7以及短路孔8，其中所述微带传输线2包括输入微带线21和输出微带线22；所述微带电感3包括微带电感31和32；所述微带电感31和32之间通过焊盘7连接；所述贴片电阻6包括贴片电阻61和62；且所述微带电感3、微带间隙电容4与第一贴片电阻61即R1经由微带传输线2相连以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；
具体的，所述微带传输线包括被对称形成于所述焊盘7左右两侧的输入微带线21和输出微带线22；所述输入微带线21一端通过所述微带电感3中的第一微带电感31与所述焊盘7连接，所述输出微带线21一端通过所述微带电感中的第二微带电感32与所述焊盘7连接；所述贴片电阻中的第一贴片电阻61分别与所述输入微带线21和输出微带线22连接，且所述输入微带线21和输出微带线22之间所形成的微带间隙构成本电路的微带间隙电容4；所述贴片电阻中的第二贴片电阻62一端与焊盘7连接，另一端与短路微带线5连接，且所述短路微带线5的一端与第二贴片电阻62连接，另一端与短路孔8连接。
进一步的，所述微带电感具有高阻抗特性，第一微带电感与第二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，设定所述第一微带电感与第二微带电感的等效电感值均为L1，所述微带间隙电容的等效电容值为C1则所述等效电感值L1与等效电容值C1满足下述关系式，即其中ω为角频率，ω＝2πf＝2π/T。
进一步的，所述短路微带线的长度至少大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容值C2与微带电感的等效电感值L1满足下述关系式，即
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，即其中，Z0为所述输入微带线(21)和输出微带线(22)的特性阻抗，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。优选的所述输入微带线(21)和输出微带线(22)的特性阻抗为50欧姆。
实验证明：本发明所提供的负群时延电路可实现的下述技术指标：
群时延：<-1.0ns
负群时延工作的相对带宽：>10％
插入损耗：<16dB
回波损耗：≥20dB
为了对本发明所提供的负群时延电路做进一步说明，下面以本发明技术方案为前提下进行实施的具体实例进行详细说明，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。
具体实例：本实施例列举宽带负群时延电路，其中心工作频率为1575MHz进行说明，如图2所示，实验证明在1575MHz频率处，本发明所述宽带负群时延电路的插入损耗为15.5dB，输入输出端口的回波损耗分别达到了39.5dB和47.0dB，并且在1463MHz～1675MHz频率范围内输入输出端口的回波损耗大于15dB，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，本发明所述的宽带负群时延微波电路在中心工作频率处的群时延值为-1.3ns，其实现了负群时延特性，并且负群时延工作的频率范围为1486MHz～1665MHz(负群时延工作的相对带宽达到了11.4％)；如图4所示，在1486MHz～1665MHz频率范围内，本发明所述的宽带负群时延微波电路的相位曲线的斜率为正，这也说明本发明一种分布参数实现的宽带负群时延微波电路实现了良好的负群时延特性。
因此可以说，本发明所述的宽带负群时延微波电路由于采用了分布参数电路结构，使得电路能够实现宽带负群时延特性，并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)
1.一种基于分布参数实现的宽带负群时延微波电路，其特征在于，包括：介质基板(1)、微带传输线(2)、微带电感(3)、微带间隙电容(4)、短路微带线(5)、贴片电阻(6)、焊盘(7)以及短路孔(8)；其中，所述微带传输线(2)包括被对称形成于所述焊盘(7)左右两侧的输入微带线(21)和输出微带线(22)；所述输入微带线(21)一端通过所述微带电感(3)中的第一微带电感(31)与所述焊盘(7)连接，所述输出微带线(22)一端通过所述微带电感(3)中的第二微带电感(32)与所述焊盘(7)连接；所述贴片电阻(6)中的第一贴片电阻(61)分别与所述输入微带线(21)和输出微带线(22)连接，且所述输入微带线(21)和输出微带线(22)之间所形成的微带间隙构成本电路的微带间隙电容(4)；所述贴片电阻(6)中的第二贴片电阻(62)一端与焊盘(7)连接，另一端与短路微带线(5)连接，且所述短路微带线(5)的一端与第二贴片电阻(62)连接，另一端与短路孔(8)连接。
2.根据权利要求1所述的宽带负群时延微波电路，其特征在于：
所述第一微带电感(31)与第二微带电感(32)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所述的宽带负群时延微波电路，其特征在于：
设定所述第一微带电感(31)与第二微带电感(32)的等效电感值均为L1，所述微带间隙电容(4)的等效电容值为C1则所述等效电感值L1与等效电容值C1满足下述关系式，即
4.根据权利要求1所述的宽带负群时延微波电路，其特征在于：
所述短路微带线(5)的长度至少大于中心频率所对应的波长的四分之一，所述短路微带线(5)的等效电容值C2与微带电感(31)的等效电感值L1满足下述关系式，即
5.根据权利要求1所述的宽带负群时延微波电路，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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