CN110545085B - 一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，具体包括介质基板，所述介质基板上设置有第一平行耦合线、第二平行耦合线、第一变容二极管、第二变容二极管、第一偏置电路、第二偏置电路、第一接地部、第二接地部、隔直电容结构、输入端口和输出端口。该复阻抗变换器能够实现工作频率和负载阻抗随变容二极管的电容值不同而改变，同时所述变容二极管的电容值受偏置电压生成电路提供的反向偏置电压控制，因此改变所述直流电压源的输出电压便可调节所述变容二极管的电容值，进而调节所述复阻抗变换器的工作频率和负载阻抗，从而实现对频率和负载阻抗的可调谐功能。

Description

一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器。
背景技术
复阻抗变换器是在特定的频率范围内将特定的复数阻抗值转换为另外一个值的二端口微波器件。由于晶体管、二极管和天线等器件的输入或输出阻抗为一个复数值，传统的四分之一波长阻抗变换器不能实现复数阻抗变换的功能，所以近些年来复阻抗变换器得到了充分的研究与发展。并且复阻抗变换器能够被广泛应用到功率分配与合成、天线馈电网络、巴伦和放大器等微波电路中。然而晶体管等器件受寄生参数的影响，得到器件准确的仿真模型目前仍然是非常困难的。这造成电路的仿真结果和测试结果相差很大，需要不断的优化匹配电路才能实现良好的阻抗匹配。这就要求作为匹配电路的复阻抗变换器具有频率和负载阻抗可调谐的功能，但是现有的复阻抗变换器还不能实现上述功能。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，具体包括介质基板，所述介质基板上设置有第一平行耦合线、第二平行耦合线、第一变容二极管、第二变容二极管、第一偏置电路、第二偏置电路、第一接地部、第二接地部、隔直电容结构、输入端口和输出端口；所述隔直电容结构包括第一隔直电容、第二隔直电容、第三隔直电容和第四隔直电容。所述第一平行耦合线包括互相平行的第一微带线和第二微带线；所述第二平行耦合线包括相互平行的第三微带线和第四微带线；所述第一偏置电路包括：第一直流电压源、第一焊片、第一偏置电阻；所述第二偏置电路包括：第二直流电压源、第二焊片、第二偏置电阻、第三偏置电阻、第三接地部。
进一步地，所述第一变容二极管的正极与第一接地部相连接，负极与第二微带线的上端相连接；所述第二变容二极管的正极连接第三微带线，负极连接第四微带线；所述第二接地部连接到第一微带线的上端；所述第一偏置电阻一端通过第一焊片连接第一直流电压源，另一端连接第二微带线；所述第二偏置电阻一端通过第二焊片连接第二直流电压源，另一端连接第四微带线；所述第三偏置电阻一端连接第三微带线，另一端连接第三接地部；所述第一隔直电容置于第一微带线和第三微带线之间；所述第二隔直电容置于第二微带线和第四微带线之间；所述第三隔直电容一端与第三微带线的下端相连接，另一端与输入端口相连接；所述第四隔直电容一端与第四微带线的下端相连接，另一端与输出端口相连接；
进一步地，所述第一平行耦合线和第二平行耦合线的电长度为该频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器可调频率范围的中心频率所对应波长的1/12；所述输入端口的特性阻抗为50欧姆；所述输出端口的特性阻抗为可调节的复数阻抗；
进一步地，通过改变所述第一变容二极管和第二变容二极管的电容值能够调节所述复阻抗变换器的工作频率和负载阻抗，从而实现频率和负载阻抗的可调谐。
由于采用了上述方案，本发明提供了一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，能够实现工作频率和负载阻抗随变容二极管的电容值不同而改变，同时所述变容二极管的电容值受偏置电压生成电路提供的反向偏置电压控制，因此改变所述直流电压源的输出电压便可调节所述变容二极管的电容值，进而调节所述复阻抗变换器的工作频率和负载阻抗，从而实现对频率和负载阻抗的可调谐功能，同时具有易加工、体积小和成本低的特点，适于广泛推广。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，该复阻抗变换器能够实现工作频率和负载阻抗随变容二极管的电容值不同而改变，同时所述变容二极管的电容值受偏置电压生成电路提供的反向偏置电压控制，因此改变所述直流电压源的输出电压便可调节所述变容二极管的电容值，进而调节所述复阻抗变换器的工作频率和负载阻抗，从而实现对频率和负载阻抗的可调谐功能，同时该复阻抗变换器具有易加工、体积小和成本低、适于广泛推广的优点。
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为本发明所述复阻抗变换器的结构示意图；
图2是本发明所述复阻抗变换器的回波损耗在不同的负载阻抗和工作频率下的测试结果图。
图中：1、介质基板，2、第一平行耦合线，3、第二平行耦合线，4、第一变容二极管，5、第二变容二极管，6、第一偏置电路，7、第二偏置电路，8、第一接地部，9、第二接地部，10、第一隔直电容，11、第二隔直电容，12、第三隔直电容，13、第四隔直电容，14、输入端口，15、输出端口，21、第一微带线，22、第二微带线，31、第三微带线，32、第四微带线，61、第一直流电压源，62、第一焊片，63、第一偏置电阻，71、第二直流电压源，72、第二焊片，73、第二偏置电阻，74、第三偏置电阻，75、第三接地部。
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所示的一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，具体包括介质基板1，所述介质基板1上设置有第一平行耦合线2、第二平行耦合线3、第一变容二极管4、第二变容二极管5、第一偏置电路6、第二偏置电路7、第一接地部8、第二接地部9、四个隔直电容10-13、以及输入端口14和输出端口15。
进一步地，所述第一平行耦合线2包括互相平行的第一微带线21和第二微带线22；所述第二平行耦合线3包括相互平行的第三微带线31和第四微带线32；所述第一偏置电路6包括：第一直流电压源61、第一焊片62、第一偏置电阻63；所述第二偏置电路7包括：第二直流电压源71、第二焊片72、第二偏置电阻73、第三偏置电阻74、第三接地部75。
进一步地，所述第一变容二极管4的正极与第一接地部8相连接，负极与第二微带线22的上端相连接；所述第二变容二极管5的正极连接第三微带线31，负极连接第四微带线32；所述第二接地部9连接到第一微带线21的上端；所述第一偏置电阻63一端通过第一焊片62连接第一直流电压源61，另一端连接第二微带线22；所述第二偏置电阻73一端通过第二焊片72连接第二直流电压源71，另一端连接第四微带线32；所述第三偏置电阻74一端连接第三微带线31，另一端连接第三接地部75；所述第一隔直电容10置于第一微带线21和第三微带线31之间；所述第二隔直电容11置于第二微带线22和第四微带线32之间；所述第三隔直电容12一端与第三微带线31的下端相连接，另一端与输入端口14相连接；所述第四隔直电容13一端与第四微带线32的下端相连接，另一端与输出端口15相连接。
本发明所述的介质基板1用于支撑第一平行耦合线2、第二平行耦合线3、第一变容二极管4、第二变容二极管5、第一偏置电路6、第二偏置电路7、第一接地部8、第二接地部9、四个隔直电容10-13、以及输入端口14和输出端口15；所述输入端口14的特性阻抗为50欧姆；所述输出端口15的特性阻抗为任意的复数阻抗，记为ZL；所述第一变容二极管4的电容值为C1,第二变容二极管5的电容值为C2；所述复阻抗变换器的工作频率和负载阻抗随第一变容二极管和第二变容二极管的电容值不同而改变，实现频率和负载阻抗可调谐，同时具有易加工、体积小和低成本的特点，适于广泛推广。
下面描述本发明的一个具体实施例：
本实施例中可调谐复阻抗变换器的偶模特性阻抗为100欧姆，奇模特性阻抗为80欧姆，能够在0.6～1.4GHz的频率范围内对不同频率和负载阻抗实现阻抗变换。在不同的中心频率和负载阻抗下，变容二极管的电容值如下图所示：
频率(GHz) Z<sub>L</sub>(Ω) C<sub>1</sub>pF) C<sub>2</sub>pF)
0.6 80-j*20 29.5 4.66
0.8 100 16.8 3.23
1.0 80-j*50 3.36 2.73
1.2 70+j*35 14.1 2.67
1.4 70-j*35 1.0 2.93
图2示出了本发明所述复阻抗变换器的回波损耗在不同的负载阻抗和工作频率下的测试结果图,在不同的中心频率和负载阻抗下，中心频率处的回波损耗均大于35dB。在回波损耗大于15dB的条件下，工作带宽均大于120MHz。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，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之内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，其特征在于包括：介质基板(1)，所述介质基板(1)上设置有第一平行耦合线(2)、第二平行耦合线(3)、第一变容二极管(4)、第二变容二极管(5)、第一偏置电路(6)、第二偏置电路(7)、第一接地部(8)、第二接地部(9)、第一隔直电容(10)、第二隔直电容(11)、第三隔直电容(12)和第四隔直电容(13)、输入端口(14)和输出端口(15)；
所述第一平行耦合线(2)包括互相平行的第一微带线(21)和第二微带线(22)；所述第二平行耦合线(3)包括相互平行的第三微带线(31)和第四微带线(32)；所述第一偏置电路(6)包括第一直流电压源(61)、第一焊片(62)、第一偏置电阻(63)；所述第二偏置电路(7)包括第二直流电压源(71)、第二焊片(72)、第二偏置电阻(73)、第三偏置电阻(74)和第三接地部(75)；
所述第一变容二极管(4)的正极与第一接地部(8)相连接、负极与第二微带线(22)的上端相连接，所述第二变容二极管(5)的正极与第三微带线(31)的下端相连接、负极与第四微带线(32)的下端相连接，所述第二接地部(9)与第一微带线(21)的上端相连接，所述第一偏置电阻(63)的一端通过第一焊片(62)与第一直流电压源(61)相连接、另一端与第二微带线(22)的中间相连接；所述第二偏置电阻(73)的一端通过第二焊片(72)与第二直流电压源(71)相连接、另一端与第四微带线(32)的中间相连接，所述第三偏置电阻(74)的一端与第三微带线(31)的中间相连接、另一端与第三接地部(75)相连接，所述第一隔直电容(10)设置于第一微带线(21)和第三微带线(31)之间，所述第二隔直电容(11)设置于第二微带线(22)和第四微带线(32)之间，所述第三隔直电容(12)一端与第三微带线(31)的下端相连接、另一端与输入端口(14)相连接，所述第四隔直电容(13)一端与第四微带线(32)的下端相连接、另一端与输出端口(15)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，其特征还在于：所述第一平行耦合线(2)和第二平行耦合线(3)的电长度为该复阻抗变换器可调频率范围的中心频率对应波长的1/12。
3.根据权利要求1所述的一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，其特征还在于：所述输入端口(14)的特性阻抗为50欧姆；所述输出端口(15)的端接复数阻抗是任意值。
4.根据权利要求1所述的一种频率和负载阻抗可调谐的复阻抗变换器，其特征还在于：通过改变所述第一变容二极管(4)和第二变容二极管(5)的电容值从而调节复阻抗变换器的工作频率和负载阻抗。
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