CN110378015B - 一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，该电路为对称结构，包括微带线ILi，i＝{1、2}、三条微带连接线组成的耦合微带线、第一负载、第二负载、第一信号源、第二信号源；微带线IL1包括依次连接的第一左连接线、第一半环形连接线和第一右连接线，耦合微带线的上端微带连接线与微带线IL1连接成回路，耦合微带线的中间微带连接线连接端口1与连接端口2分别对称连接第一负载和第二负载，第一负载与第一信号源连接，信号从第一信号源流入第一负载经连接端口1流入耦合微带线的中间微带线经连接端口2流入第二负载，微带线IL2包括依次连接的第二左连接线、第二半环形连接线和第二右连接线，耦合微带线的下端微带连接线与微带线IL2连接成回路。

Description

一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路
技术领域
本发明属于微波工程的技术领域，具体涉及一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路。
背景技术
20世纪早期，美国科学家A.Sommerfeld和L.Brillouin提出了群时延为负的可能性后，在相当长的一段时间内“负群时延”颇受争议，直到贝尔实验室的Chu和Wong第一次在激光脉冲穿过GaP：N样品的实验中观察到了负群速。此后，在其他光学、量子试验中，群速为负或大于光速也被多次被证实。进入二十世纪后，随着左手材料等新型材料的发展和对通信系统性能的要求越来越高，更多的研究人员开始对群时延展开研究。尤其是近些年来，负群时延电路因其特殊的性能和在前馈放大器、天线阵列等领域的广泛应用，吸引了世界各国研究者的注意，成为又一个研究热点。
近年来，负群时延电路从最简单的RLC谐振单元开始，但基于RLC的基本负群时延电路的损耗比较大，所以常用RLC谐振网络和放大器组合的方式可将电路的损耗降低。此外，除了上述利用RLC和放大器的组成的有源负群时延电路外，近来，利用微带线相关的结构形成的无源负群时延电路由于其损耗低，可往高频发展的特征，相关的一些无源结构被提出。诸如此类的一些工作大多数由外国研究者所探索，在国内负群时延电路却很少被探索。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，基于微波工程理论，为了降低负群时延电路的损耗和反射，提高群时延，提供一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，所述电路为对称结构，包括微带线ILi， i＝{1、2}、三条微带连接线组成的耦合微带线、第一负载、第二负载、第一信号源、第二信号源；所述微带线IL1包括依次连接的第一左连接线、第一半环形连接线和第一右连接线，所述耦合微带线的上端微带连接线与微带线IL1连接成回路，所述耦合微带线的中间微带连接线连接端口1与连接端口2分别对称连接第一负载和第二负载，第一负载与第一信号源连接，信号从第一信号源流入第一负载经连接端口1流入耦合微带线的中间微带线经连接端口2流入第二负载，所述微带线IL2包括依次连接的第二左连接线、第二半环形连接线和第二右连接线，所述耦合微带线的下端微带连接线与微带线IL2连接成回路；
所述耦合微带线的长度d和宽度w2分别为10.81mm和1.77mm，其中耦合微带线的耦合间距S1和S2分别为1.8mm和1.8mm；
所述微带线IL1的第一半环形微带线的直径D1和宽度W2分别为6.29mm和1.77mm，所述第一左连接线和第一右连接线的长度相同，其长度L2均为18.62mm；
其中耦合微带线与两个负载之间的连接线长度和宽度为L1和W1分别为10.7mm和1.77mm；
所述微带线IL2的第二半环形微带线的直径D2和宽度W3分别为6.29mm和1.77mm，所述第二左连接线和第二右连接线的长度相同，其长度L3均为13.6mm。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的电路尺寸为28.7mm×30.6mm。
上述的电路采用FR4板材，所述板材厚度为1.6mm，介电常数是4.4，正切损耗为0.02，铜厚为0.035mm。
上述的电路工作于S频段，在电路的端口1、2之间能实现双频，在中心频率2.41GHz、 2.81GHz时，电路的群时延分别约为-0.6ns，-0.4ns，电路的损耗S21约分别为-1.7dB、 -1.7dB，电路的实测反射S11约分别为-13dB、-18dB。
本发明的有益效果：
为了实现NGD电路的小型化，降低电路的损耗和反射，提高群时延带宽和时延，实现多频点负群时延电路，设计了一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，并对设计的NGD电路进行优化设计，由ADS版图仿真结果可得：该NGD电路工作于S频段，能实现双频，在中心频率2.41GHz、2.81GHz时，电路的群时延分别约为-0.6ns，-0.4ns，电路的损耗S21约分别为-1.7dB、-1.7dB，电路的实测反射S11约分别为-13dB、-18dB。可被用于天线阵列中消除波束倾斜的问题。
附图说明
图1本发明的电路原理图；
图2为本发明的电路结构图；
图3为本发明电路ADS模型；
图4为本发明电路的群时延仿真结果示意图；
图5为本发明电路的S21仿真结果示意图；
图6为本发明电路的S11仿真结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明为一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，所述电路为对称结构，包括微带线ILi，i＝{1、2}、三条微带连接线组成的耦合微带线、第一负载、第二负载、第一信号源、第二信号源；所述微带线IL1包括依次连接的第一左连接线、第一半环形连接线和第一右连接线，所述耦合微带线的上端微带连接线与微带线IL1连接成回路，所述耦合微带线的中间微带连接线连接端口1与连接端口2分别对称连接第一负载和第二负载，第一负载与第一信号源连接，信号从第一信号源流入第一负载经连接端口1流入耦合微带线的中间微带线经连接端口2流入第二负载，所述微带线IL2包括依次连接的第二左连接线、第二半环形连接线和第二右连接线，所述耦合微带线的下端微带连接线与微带线IL2连接成回路；
所述耦合微带线的长度d和宽度w2分别为10.81mm和1.77mm，其中耦合微带线的耦合间距S1和S2分别为1.8mm和1.8mm；所述微带线IL1的第一半环形微带线的直径D1和宽度W2分别为6.29mm和1.77mm，所述第一左连接线和第一右连接线的长度相同，其长度L2均为18.62mm；其中耦合微带线与两个负载之间的连接线长度和宽度为L1和W1分别为10.7mm和1.77mm；所述微带线IL2的第二半环形微带线的直径D2和宽度W3分别为6.29mm和1.77mm，所述第二左连接线和第二右连接线的长度相同，其长度L3均为13.6mm。
如图2所示，本发明电路结构是对称结构。
ADS对该电路尺寸的优化结果如下表所示：
表1.电路基本参数尺寸
W2 D1 L2 θ1 w1 w2 w3 s1
1.77mm 6.29mm 18.62mm 180deg. 1.77mm 1.77mm 1.77mm 1.8mm
s2 d W3 D2 L3 θ2 W1 L1
1.8mm 10.81mm 1.77mm 6.29mm 13.6mm 180deg. 1.77mm 10mm
表2.NGD电路仿真结果
参数 2.41GHz 2.81GHz
delay -0.6ns -0.4ns
S21 -1.7dB -1.75dB
S11 -13dB -18dB
图3为本专利ADS版图仿真模型，该NGD电路采用了FR4板材，该板材的厚度是1.6mm，介电常数是4.4，正切损耗角为0.02，且铜厚为0.035mm。
图4、图5、图6分别为本专利电路的群时延、插入损耗S21、反射系数S11的仿真结果示意图。由示意图可知：该电路工作于S频段，在中心频率2.41GHz、2.81GHz时，电路的群时延分别为-0.6ns，-0.4ns，电路的插入损耗S21分别为-1.7dB、-1.75dB，电路的反射系数S11分别为-13dB、-18dB。
利用仿真软件ADS对提出的电路进行仿真设计优化，可得到如表1所示的电路基本参数尺寸以及如表2所示的电路仿真结果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，其特征在于：所述电路为对称结构，包括微带线ILi，i＝1或2，三条微带连接线组成的耦合微带线、第一负载、第二负载、第一信号源、第二信号源；微带线IL1包括依次连接的第一左连接线、第一半环形连接线和第一右连接线，所述耦合微带线的上端微带连接线与微带线IL1连接成回路，所述耦合微带线的中间微带连接线连接端口1与连接端口2分别对称连接第一负载和第二负载，第一负载与第一信号源连接，信号从第一信号源流入第一负载经连接端口1流入耦合微带线的中间微带线经连接端口2流入第二负载，微带线IL2包括依次连接的第二左连接线、第二半环形连接线和第二右连接线，所述耦合微带线的下端微带连接线与微带线IL2连接成回路；所述耦合微带线的长度d和宽度w2分别为10.81mm和1.77mm，其中耦合微带线的耦合间距S1和S2分别为1.8mm和1.8mm；所述微带线IL1的第一半环形微带线的直径D1和宽度W2分别为6.29mm和1.77mm，所述第一左连接线和第一右连接线的长度相同，其长度L2均为18.62mm；其中耦合微带线与两个负载之间的连接线长度和宽度为L1和W1分别为10.7mm和1.77mm；所述微带线IL2的第二半环形微带线的直径D2和宽度W3分别为6.29mm和1.77mm，所述第二左连接线和第二右连接线的长度相同，其长度L3均为13.6mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，其特征在于：所述电路尺寸为28.7mm×30.6mm。
3.根据权利要求2所述的一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，其特征在于：所述电路采用FR4板材，所述板材厚度为1.6mm，介电常数是4.4，正切损耗为0.02，铜厚为0.035mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于环形微带线的低损耗负群时延电路，其特征在于：所述电路工作于S频段，在电路的端口1、2之间能实现双频，在中心频率2.41GHz、2.81GHz时，电路的群时延分别为-0.6ns，-0.4ns，电路的损耗S21分别为-1.7dB、-1.7dB，电路的实测反射S11分别为-13dB、-18dB。
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