CN110266284B - 具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路 - Google Patents

具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，具体包括：一端开路平行耦合线、吸收电阻、微带线、匹配电阻、枝节电路、输入端口和输出端口。所述一端开路平行耦合线包括输入平行耦合线和输出平行耦合线，所述吸收电阻包括第一吸收电阻和第二吸收电阻；所述输入平行耦合线的端口和所述输出平行耦合线的端口开路，其中该低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路能够实现双频负群时延特性，而且具有插入损耗低，体积小，频率比任意，输入输出端口能够获得良好匹配等特点。

Description

具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路
技术领域
本发明涉及微波电路，尤其涉及一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路。
背景技术
现代无线通信系统大多工作在多频带、多制式的条件下，传统仅在单一频点工作的微波器件不能支持这种通信模式，因此双频或多频微波器件受到了广泛的关注。同时由于群时延变化而引起的色散严重影响了系统的正常通信，因此负群时延补偿电路的设计有着广阔的应用前景。
传统负群时延电路基于RLC有耗谐振器的实现方法，但是这种方法在实现负群时延的同时会存在较大的衰减，因此很多学者针对减小衰减做了大量的研究，例如采用分布式放大器来实现负群时延等等。但是这些电路只能在单一频点实现负群时延，无法适应多频带、多制式的现代通信应用。近年来，为了实现双频的负群时延特性，国外的学者提出了基于左右手传输线和分布式放大器的双频负群时延电路，但是这种方法实现的电路体积过大，不可以实现任意频率比，不利于应用。为了实现小型化，国内外的学者还提出了基于缺陷地结构、开路分支线和蜿蜒传输线结构的双频负群时延电路，但是这些方法在实现小型化的同时增大了损耗，而且频率比可调范围均小于3。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，具体包括：一端开路平行耦合线、吸收电阻、微带线、匹配电阻、枝节电路、输入端口和输出端口；
所述一端开路平行耦合线包括输入平行耦合线和输出平行耦合线，所述吸收电阻包括第一吸收电阻和第二吸收电阻；所述输入平行耦合线和输出平行耦合线分别与第一吸收电阻和第二吸收电阻相连接，所述微带线包括输入微带线和输出微带线，所述输入微带线和输出微带线与所述匹配电阻的两端相连接；
所述输入端口通过输入微带线再经匹配电阻与输出微带线连接、所述输出微带线与输出端口连接、该电路构成上支路；
所述输入平行耦合线的第三端口和所述输出平行耦合线的端口III开路；所述输入平行耦合线的第四端口和所述输出平行耦合线的端口IV分别经所述第一吸收电阻和所述第二吸收电阻与所述枝节电路相连接；
所述输入端口连接所述输入平行耦合线的第一端口经所述输入平行耦合线的第二端口与所述输出平行耦合线的端口II连接、所述输出平行耦合线的端口I与所述输出端口连接、该电路构成下支路。
所述枝节电路包括短路枝节和开路枝节，当所述第一吸收电阻和所述第二吸收电阻与所述短路枝节相连接时进行对该电路进行大频率比调节，当所述第一吸收电阻和所述第二吸收电阻与开路枝节相连接时对该电路进行小频率比调节。
所述一端开路平行耦合线、微带线和短路枝节或开路枝节的电长度应均为中心频率所对应的波长的四分之一。
采用改变一端开路平行耦合线、微带线和短路枝节或开路枝节的特性阻抗进行频率比的调控。
为了实现双频负群时延微波电路的同时，解决插入损耗过高或者频率比不可以任意改变的问题，本发明提供了一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，该低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路能够实现双频负群时延特性，而且具有插入损耗低，体积小，频率比任意，输入输出端口能够获得良好匹配等特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路的原理图；
图2是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为1.105时的群时延曲线图；
图3是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为1.105时的S参数曲线图；
图4是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为3时的群时延曲线图；
图5是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为3时的S参数曲线图；
图6是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为5.667时的群时延曲线图；
图7是本发明一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为5.667时的S参数曲线图；
图中：1、一端开路平行耦合线，11、输入平行耦合线，12、输出平行耦合线，111、第一端口，112、第二端口，113、第三端口，114、第四端口(为输入平行耦合线11的四个端口)，121、端口I，122、端口II，123、端口III，124、端口IV(为输出平行耦合线12的四个端口)，2、吸收电阻，21、第一吸收电阻，22、第二吸收电阻，3、微带线，31、输入微带线，32、输出微带线，4、匹配电阻，5、短路枝节，6、开路枝节，7、输入端口，8、输出端口。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，具体包括：一端开路平行耦合线1、吸收电阻2、微带线3、匹配电阻4、短路枝节5和开路枝节6、输入端口7和输出端口8；其中，所述一端开路平行耦合线1包括位于所述吸收电阻2左右两侧的输入平行耦合线11和输出平行耦合线12；所述吸收电阻2包括第一吸收电阻21和第二吸收电阻22；所述微带线3包括位于所述匹配电阻4两侧的输入微带线31和输出微带线32。
所述一端开路平行耦合线1奇偶模特性阻抗为Z0o和Z0e、所述吸收电阻2阻值为R、所述微带线3特性阻抗为Z1、所述匹配电阻4阻值为Rm、所述短路枝节5特性阻抗和所述开路枝节6特性阻抗为Z2；
所述输入端口7通过输入微带线31经匹配电阻4与输出微带线32连接，之后与输出端口8连接构成上支路；
所述输入平行耦合线11的第三端口113和所述输出平行耦合线12的端口III 123开路；所述输入平行耦合线11的第四端口114和所述输出平行耦合线12的端口IV 124分别经所述第一吸收电阻21和所述第二吸收电阻22与所述短路枝节5或所述开路枝节6相连接；所述输入端口7连接所述输入平行耦合线11的第一端口111经所述输入平行耦合线11的第二端口112与所述输出平行耦合线12的端口II 122连接，通过所述输出平行耦合线12的端口I 121与所述输出端口8连接构成下支路。
进一步的，通过改变一端开路平行耦合线1、微带线3和短路枝节5或开路枝节6的特性阻抗，可以实现任意频率比。
进一步的，所述短路枝节5构成的电路可实现较大频率比的调节，例如频率比为2.1～6.3，所述开路枝节6构成的电路可实现较小频率比的调节，例如频率比为1.1～2.2。
进一步的，电路的传输系数为：
Figure BDA0002110498750000041
群时延为：
Figure BDA0002110498750000042
进一步的，内部参数如下：
X1i＝Y0(A1-A3i) (3)
X2i＝Y0(A2-A4i) (4)
Figure BDA0002110498750000043
X4i＝Y0(A2+A4i)+A2A3i-A1A4i (6)
X′1i＝Y0(A′1-A′3i) (7)
X′2i＝Y0(A′2-A′4i) (8)
X′3i＝Y0(A′1+A′3i)+A′1A3i+A1A′3i-A′2A4i-A2A′4i (9)
X′4i＝Y0(A′2+A′4i)+A′2A3i+A2A′3i+A′1A4i+A1A′4i (10)
其中，i＝1代表所述开路枝节(6)所构成的电路，i＝2代表所述短路枝节(5)所构成的电路。
进一步的，内部参数如下：
Figure BDA0002110498750000051
Figure BDA0002110498750000052
Figure BDA0002110498750000053
Figure BDA0002110498750000054
Figure BDA0002110498750000055
Figure BDA0002110498750000057
Figure BDA0002110498750000059
Figure BDA00021104987500000510
进一步的，内部参数如下：
a1＝R(Z0e-Z0o)/2 (19)
Figure BDA0002110498750000061
Figure BDA0002110498750000062
a31＝(Z0e+Z0o)/2+2Z1cot(θ1)tan(θ0) (22)
a32＝(Z0e+Z0o)/2-2Z2tan(θ2)tan(θ0) (23)
a4＝Rtan(θ0) (24)
a5＝-Z0ocot(θ0) (25)
a′1＝0 (26)
Figure BDA0002110498750000063
Figure BDA0002110498750000064
a′31＝2Z1(1+tan(θ0)2)cot(θ1)τ0-2Z1(1+cot(θ1)2)tan(θ0)τ1 (29)
a′32＝-2Z2(1+tan(θ0)2)cot(θ2)τ0-2Z2(1+tan(θ2)2)tan(θ0)τ2 (30)
a′4＝R(1+tan(θ0)2)τ0 (31)
a′5＝Z0o(1+cot(θ0)2)τ0 (32)
进一步的，内部参数见公式(3)～(32)
为了对本发明所提供的一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路做进一步说明，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(1)：本实例列举了一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为1.105时的情况进行说明，其高低中心工作频率分别为950MHz和1050MHz。如图2所示，本发明所述的具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路在低频频率950MHz处的群时延值为-3.54ns，高频频率1050MHz处的群时延值为-3.47ns，实现了双频负群时延特性。如图3所示，实验证明在950MHz频率处，本发明所述低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路的信号衰减仅4.53dB，输入输出端口的回波损耗达到了37.2dB，并且在946MHz～961MHz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；在1050MHz频率处，本发明所述低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路的信号衰减为4.24dB，输入输出端口的回波损耗达到了36.4dB，并且在1044MHz～1058MHz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。
具体实例(2)：本实例列举了一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为3时的情况进行说明，其高低中心工作频率分别为500MHz和1500MHz。如图4所示，本发明所述的低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路在低频频率500MHz处的群时延值为-2.53ns，高频频率1500MHz处的群时延值为-2.65ns，其实现了双频负群时延特性。如图5所示，实验证明在500MHz频率处，本发明所述低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路的信号衰减仅3.35dB，输入输出端口的回波损耗达到了29.3dB，并且在480MHz～518MHz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；在1500MHz频率处，本发明所述低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路的信号衰减为5.2dB，输入输出端口的回波损耗达到了24.5dB，并且在1470MHz～1525MHz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。
具体实例(3)：本实例列举了一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路在频率比为5.667时的情况进行说明，其高低中心工作频率分别为300MHz和1700MHz，如图6所示，本发明所述的低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路在低频频率300MHz处的群时延值为-3.21ns，高频频率1700MHz处的群时延值为-3.47ns，其实现了双频负群时延特性。如图7所示，实验证明在300MHz频率处，本发明所述低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路的信号衰减仅3.6dB，输入输出端口的回波损耗达到了30.5dB，并且在200MHz～308MHz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；在1700MHz频率处，本发明所述低信号衰减和任意频率比的双频负群时延电路的信号衰减为6.2dB，输入输出端口的回波损耗达到了37.4dB，并且1693MHz～1720MHz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。
综上所述，本发明所述的一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路实现了双频负群时延特性，并且信号衰减低，输入输出端口匹配良好，同时具有设计方法简单等特点，非常适合应用于各类射频微波系统。
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 (4)

1.一种具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，其特征在于包括：一端开路平行耦合线(1)、吸收电阻(2)、微带线(3)、匹配电阻(4)、枝节电路、输入端口(7)和输出端口(8)；
所述一端开路平行耦合线(1)包括输入平行耦合线(11)和输出平行耦合线(12)，所述吸收电阻(2)包括第一吸收电阻(21)和第二吸收电阻(22)；所述输入平行耦合线(11)和输出平行耦合线(12)分别与第一吸收电阻(21)和第二吸收电阻(22)相连接，所述微带线(3)包括输入微带线(31)和输出微带线(32)，所述输入微带线(31)和输出微带线(32)与所述匹配电阻(4)的两端相连接；
所述输入端口(7)通过输入微带线(31)再经匹配电阻(4)与输出微带线(32)连接、所述输出微带线(32)与输出端口(8)连接、该电路构成上支路；
所述输入平行耦合线(11)的第三端口(113)和所述输出平行耦合线(12)的端口III(123)开路；所述输入平行耦合线(11)的第四端口(114)和所述输出平行耦合线(12)的端口IV(124)分别经所述第一吸收电阻(21)和所述第二吸收电阻(22)与所述枝节电路相连接；
所述输入端口(7)连接所述输入平行耦合线(11)的第一端口(111)经所述输入平行耦合线(11)的第二端口(112)与所述输出平行耦合线(12)的端口II(122)连接、所述输出平行耦合线(12)的端口I(121)与所述输出端口(8)连接、该电路构成下支路。
2.根据权利要求1所述的具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，其特征还在于：所述枝节电路包括短路枝节(5)和开路枝节(6)，当所述第一吸收电阻(21)和所述第二吸收电阻(22)与所述短路枝节(5)相连接时进行对该电路进行大频率比调节，当所述第一吸收电阻(21)和所述第二吸收电阻(22)与开路枝节(6)相连接时对该电路进行小频率比调节。
3.根据权利要求1所述的具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，其特征还在于：所述一端开路平行耦合线(1)、微带线(3)、短路枝节(5)和开路枝节(6)的电长度应均为中心频率所对应的波长的四分之一。
4.根据权利要求1所述的具有低信号衰减和任意频率比的双频负群时延微波电路，其特征还在于：采用改变一端开路平行耦合线(1)、微带线(3)、短路枝节(5)和开路枝节(6)的特性阻抗进行频率比的调控。
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