CN111697940B - 一种低损耗双频负群时延电路及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低损耗双频负群时延电路及设计方法，是由两个耦合微带线和三条微带传输线构成。本结构实现的中心频率点分别在1.9GHz和2.55GHz,实测反射系数S11均低于‑10dB,损耗S21均优于‑3dB。本发明既能产生双频点又能保持低衰减，实现了负群时延电路的小型化，降低电路的损耗和反射，提高群时延带宽和时延，可被用于天线阵列中以消除波束倾斜。

Description

一种低损耗双频负群时延电路及设计方法
技术领域
本发明属于微波工程领域，具体涉及一种低损耗双频负群时延电路及设计方 法。
背景技术
负群时延(NGD)网络由于其在各种微波系统中的实际应用和潜在应用，近 年来引起了人们的广泛关注。在相控阵天线系统中，它们被用来缩短或消除延迟 线，提高前馈线性放大器的效率，并使阵列天线的波束斜视最小化。值得注意的 是，大多数NGD微波电路是建立在集总RLC网络上的，存在着集总元件在射频 和微波频率下的寄生参数效应问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种能够降低NGD电路的损耗和反 射，提高群时延带宽和时延，实现多频点的低损耗双频负群时延电路；本发明的 第二目的在于提供一种对电路进行优化的低损耗双频负群时延电路设计方法。
技术方案：本发明包括耦合微带线和多条微带传输线，所述耦合微带线的端 口1为输入端口、耦合微带线端口2为输出端口，耦合微带线的端口3和端口4 之间连接第一微带传输线，耦合微带线的端口5和端口6之间接第二微带传输线， 耦合微带线的端口7和端口8之间接第三微带传输线。
所述第一微带传输线的长度小于第二微带传输线的长度，第二微带传输线与 第三微带传输线的尺寸相同。
所述第二微带传输线与第三微带传输线的结构呈半圆形。
所述负群时延电路的电路结构为对称结构。
所述负群时延电路采用FR4板材，板材的厚度为1.6mm，尺寸为 61mm×98mm，介电常数为4.4，正切损耗角为0.02，且铜厚为0.035mm。
本发明还包括一种低损耗双频负群时延电路的设计方法，包括以下步骤：
(1)利用ADS仿真软件对所述负群时延电路中耦合微带线和多条微带传输 线的各项参数进行仿真设计优化，得到负群时延电路各电磁参数的尺寸；
(2)根据优化后的负群时延电路进行实物加工。
步骤(1)中，所述负群时延电路在L频段和S频段时，实现双频；在中心 频率为1.9GHz时，电路的实测群时延约为-0.95ns，电路的实测损耗S21约为 -2.05dB，电路的实测反射S11为-13.4dB；在中心频率为2.55GHz时，电路的实 测群时延约为-1.1ns，电路的实测损耗S21约为-2.4dB，电路的实测反射S11为-15.2dB。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)实现了NGD电 路的小型化；(2)降低了电路的损耗和反射，同时，提高群时延带宽和时延， 实现多频点负群时延电路；(3)既能产生双频点又能保持低衰减；(4)能够消除天线阵列中波束倾斜的问题。
附图说明
图1本发明所述负群时延电路的结构示意图；
图2本发明所述负群时延电路的电路原理图；
图3本发明所述负群时延电路的电路模型图；
图4为本发明所述负群时延电路的群时延仿真结果示意图；
图5为本发明所述负群时延电路设计方法的S21仿真结果示意图；
图6为本发明所述负群时延电路设计方法的S11仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做进一步详细介绍。
如图1至图3所示，本发明包括两条相同的耦合微带线CL和多条微带传输 线TL，耦合微带线CL的端口1为输入端口、耦合微带线CL端口2为输出端口， 耦合微带线CL的端口3和端口4之间连接第一微带传输线TL1，耦合微带线的 端口5和端口6之间接第二微带传输线TL2，耦合微带线的端口7和端口8之间接第三微带传输线TL3。端口1和端口3之间连接了耦合微带线CL，端口4和 端口2之间也连接了耦合微带线CL，通过该电路结构可以实现双频负群时延电路。在本实施例中，第一微带传输线的长度小于第二微带传输线的长度，第二微带传输线与第三微带传输线的尺寸相同。第二微带传输线与第三微带传输线的结 构均呈半圆形。
如图4所示，负群时延电路的电路结构为对称结构；负群时延电路采用FR4 板材，板材的厚度为1.6mm，尺寸为61mm×98mm，介电常数为4.4，正切损耗 角为0.02，且铜厚为0.035mm。
本发明还包括一种低损耗双频负群时延电路的设计方法，包括以下步骤：
(1)利用ADS仿真软件对负群时延电路中耦合微带线和多条微带传输线的 各项参数进行仿真设计优化，得到负群时延电路各电磁参数的尺寸；
(2)根据优化后的负群时延电路进行实物加工。
如图1和图4所示，负群时延电路的电路结构为对称结构，ADS仿真软件 对NGD电路尺寸的优化结果如下表所示：
表1 NGD电路基本参数尺寸
如图4至图6所示，本发明的负群时延电路是双频负群时延电路，且负群时 延电路在L频段和S频段时，实现双频；在中心频率为1.9GHz时，电路的实测 群时延约为-0.95ns，电路的实测损耗S21约为-2.05dB，电路的实测反射S11为 -13.4dB；在中心频率为2.55GHz时，电路的实测群时延约为-1.1ns，电路的实 测损耗S21约为-2.4dB，电路的实测反射S11为-15.2dB。由仿真与实测图可知， 负群时延电路的第二个中心频率仿真与实测有所偏移，该偏移可能的板材的加工 误差以及板材的介电常数与标称值不符有关。

Claims (5)

1.一种低损耗双频负群时延电路的设计方法，其特征在于，所述低损耗双频负群时延电路，包括耦合微带线和多条微带传输线，所述耦合微带线的端口1为输入端口、耦合微带线端口2为输出端口，耦合微带线的端口3和端口4之间连接第一微带传输线，耦合微带线的端口5和端口6之间接第二微带传输线，耦合微带线的端口7和端口8之间接第三微带传输线；
所述设计方法包括以下步骤：
(1)利用ADS仿真软件对所述负群时延电路中耦合微带线和多条微带传输线的各项参数进行仿真设计优化，得到负群时延电路各电磁参数的尺寸；
(2)根据优化后的负群时延电路进行实物加工；
步骤(1)中，所述负群时延电路在L频段和S频段时，实现双频；在中心频率为1.9GHz时，电路的实测群时延约为-0.95ns，电路的实测损耗S21约为-2.05dB，电路的实测反射S11为-13.4dB；在中心频率为2.55GHz时，电路的实测群时延约为-1.1ns，电路的实测损耗S21约为-2.4dB，电路的实测反射S11为-15.2dB。
2.根据权利要求1所述的低损耗双频负群时延电路的设计方法，其特征在于：所述第一微带传输线的长度小于第二微带传输线的长度，第二微带传输线与第三微带传输线的尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的低损耗双频负群时延电路的设计方法，其特征在于：所述第二微带传输线与第三微带传输线的结构呈半圆形。
4.根据权利要求1所述的低损耗双频负群时延电路的设计方法，其特征在于：所述负群时延电路的电路结构为对称结构。
5.根据权利要求1所述的低损耗双频负群时延电路的设计方法，其特征在于：所述负群时延电路采用FR4板材，板材的厚度为1.6mm，尺寸为61mm×98mm，介电常数为4.4，正切损耗角为0.02，且铜厚为0.035mm。
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