CN113611999A - 一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路 - Google Patents

一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路,包括：输入端口、微带线、并联枝节和输出端口。其中，微带线包括从左到右依次连接的输入微带线、连接微带线和输出微带线；并联枝节包括结构和尺寸均相同的第一并联枝节和第二并联枝节；第一并联枝节包括短路传输线、开路传输线、串联传输线、吸收电阻、二分之一波长传输线和四分之一波长传输线；本发明提供的宽带微波电路能够实现宽带平坦负群时延特性，而且具有插入损耗较小，群时延波动小以及输入输出端口良好匹配等优点。本发明的技术方案解决了插入损耗过大、输入输出端口匹配性能差、负群时延带宽内群时延值波动较大等问题。

Description

一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路
技术领域
本发明涉及微波电路，具体而言，尤其涉及一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路。
背景技术
目前负群时延电路引起了越来越多的学者关注并且已经应用于许多电路中，例如与放大器结合以增强效率、补偿串联馈电天线阵的波束斜视、作为非福斯特元件应用以及与其他电路元件级联来均衡系统的群时延等等。
由于负群时延电路具有广泛的应用前景，近年来为了获得高性能的负群时延电路，学者们提出了许多新的技术，例如信号干涉技术、滤波理论技术和无耗传输线加载电阻、基于有耗传输线或分布式放大器等方法来设计负群时延电路。但是这些电路产生的负群时延在中心频率处是不平坦的，无法满足实际应用的需求。
为了得到平坦的负群时延特性，有学者提出将两个工作在不同频率的负群时延电路级联在一起的方法，但这种方式所实现的平坦负群时延带宽较窄，衰减较大，而且多级结构也会导致电路尺寸的增加。之后有学者利用双频负群时延电路的特性，通过将两个工作频率靠近来实现平坦的群时延。还有学者提出了将平坦负群时延特性与功分器或耦合器相结合的方法。虽然这些电路都能够实现平坦负群时延特性，但衰减比较大。
发明内容
根据上述提出的技术问题，提供一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路。本发明能够实现宽带平坦负群时延特性，而且具有插入损耗较小，群时延波动小以及输入输出端口良好匹配等优点。
本发明采用的技术手段如下：
一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，包括：输入端口、微带线、并联枝节和输出端口；其中：
所述微带线包括从左到右依次连接的输入微带线、连接微带线和输出微带线；所述输入微带线一端与输入端口连接，另一端与连接微带线连接；所述输出微带线一端与连接微带线连接，另一端与输出端口连接；
所述并联枝节包括结构和尺寸均相同的第一并联枝节和第二并联枝节；所述第一并联枝节接于输入微带线与连接微带线的连接处；所述第二并联枝节接于输出微带线与连接微带线的连接处；
所述第一并联枝节包括短路传输线、开路传输线、串联传输线、吸收电阻、二分之一波长传输线和四分之一波长传输线；所述短路传输线与开路传输线并联之后与串联传输线相连接，经吸收电阻与二分之一波长传输线串联，最终与四分之一波长传输线连接。
进一步地，所述微带线的特性阻抗为Z4，所述短路传输线的特性阻抗和开路传输线的特性阻抗相等，均为Z1，所述串联传输线的特性阻抗和二分之一波长传输线的特性阻抗相等，均为Z2，所述吸收电阻的阻值为R，所述四分之一波长传输线的特性阻抗为Z3。
进一步地，所述宽带微波电路实现低插入损耗与平坦负群时延的条件，如下：
所述短路传输线和开路传输线的长度为中心频率所对应波长的八分之三；
所述串联传输线和四分之一波长传输线的长度为中心频率所对应波长的四分之一；
所述二分之一波长传输线的长度为中心频率所对应波长的二分之一；
所述输入微带线、连接微带线和输出微带线的长度为中心频率所对应波长的四分之一。
进一步地，所述宽带微波电路通过改变短路传输线、开路传输线、串联传输线、二分之一波长传输线、四分之一波长传输线以及微带线的特性阻抗进而调节插入损耗的大小以及群时延的平坦度。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，解决了插入损耗过大、输入输出端口匹配性能差、负群时延带宽内群时延值波动较大等问题。
2、本发明提供的具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，能够实现宽带平坦负群时延特性，而且具有插入损耗较小，群时延波动小以及输入输出端口良好匹配等优点。
基于上述理由，本发明可在各类射频微波系统的应用等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路的原理图；
图2为本发明一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路的群时延曲线图；
图3为本发明一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路的S参数曲线图；
图中：1、输入端口；2、微带线；21、输入微带线；22、连接微带线；23、输出微带线；3、并联枝节；31、第一并联枝节；32、第二并联枝节；311、短路传输线；312、开路传输线；313、串联传输线；314、吸收电阻；315、二分之一波长传输线；316、四分之一波长传输线；4、输出端口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，包括：输入端口1、微带线2、并联枝节3和输出端口4；其中：
所述微带线2包括从左到右依次连接的输入微带线21、连接微带线22和输出微带线23；所述输入微带线21一端与输入端口1连接，另一端与连接微带线22连接；所述输出微带线23一端与连接微带线22连接，另一端与输出端口4连接；
所述并联枝节3包括结构和尺寸均相同的第一并联枝节31和第二并联枝节32；所述第一并联枝节31接于输入微带线21与连接微带线22的连接处；所述第二并联枝节32接于输出微带线23与连接微带线22的连接处；
所述第一并联枝节31包括短路传输线311、开路传输线312、串联传输线313、吸收电阻314、二分之一波长传输线315和四分之一波长传输线316；所述短路传输线311与开路传输线312并联之后与串联传输线313相连接，经吸收电阻314与二分之一波长传输线315串联，最终与四分之一波长传输线316连接。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述微带线2的特性阻抗为Z4，所述短路传输线311和开路传输线312的特性阻抗为Z1，所述串联传输线313的特性阻抗为Z2，所述吸收电阻314的阻值为R，所述二分之一波长传输线315的特性阻抗为Z2，所述四分之一波长传输线316的特性阻抗为Z3。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述宽带微波电路实现低插入损耗与平坦负群时延的条件，如下：
所述短路传输线311和开路传输线312的长度为中心频率所对应波长的八分之三；所述短路传输线311的电长度θ12与开路传输线312的电长度θ11相等；
所述串联传输线313和四分之一波长传输线316的长度为中心频率所对应波长的四分之一；所述串联传输线313的电长度θ21和四分之一波长传输线316的电长度θ3相等；
所述二分之一波长传输线315的长度为中心频率所对应波长的二分之一，所述二分之一波长传输线315的电长度为θ22；
所述输入微带线21、连接微带线22和输出微带线23的长度为中心频率所对应波长的四分之一；所述输入微带线21、连接微带线22和输出微带线23的电长度相等，均为θ4。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述宽带微波电路通过改变短路传输线311、开路传输线312、串联传输线313、二分之一波长传输线315、四分之一波长传输线316以及微带线2的特性阻抗进而调节插入损耗的大小以及群时延的平坦度。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述宽带微波电路中：
传输系数为：
Figure BDA0003205349130000061
群时延为：
Figure BDA0003205349130000071
内部参数如下：
Figure BDA0003205349130000072
Figure BDA0003205349130000073
Figure BDA0003205349130000081
Figure BDA0003205349130000082
Figure BDA0003205349130000083
Figure BDA0003205349130000084
Figure BDA0003205349130000091
实施例
本实施例中，列举了一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路,并对其在中心工作频率为2.14GHz时的情况进行说明。
如图2所示，本发明所述的具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路在中心频率2.14GHz处的群时延值为-1ns，在2.041GHz～2.239GHz的频率范围内，群时延均为负值；在2.074GHz～2.207GHz的频率范围内，群时延的波动为±1％，实现了宽带平坦负群时延特性。
如图3所示，实验证明在2.14GHz频率处，本发明所述具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路的信号衰减小于10dB，输入输出端口的回波损耗达到了55.7dB，并且在平坦负群时延频率范围2.074GHz～2.207GHz内输入输出端口的回波损耗均大于10dB，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插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路实现了宽带平坦负群时延特性，并且衰减和时延波动小，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。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，其特征在于，包括：输入端口(1)、微带线(2)、并联枝节(3)和输出端口(4)；其中：
所述微带线(2)包括从左到右依次连接的输入微带线(21)、连接微带线(22)和输出微带线(23)；所述输入微带线(21)一端与输入端口(1)连接，另一端与连接微带线(22)连接；所述输出微带线(23)一端与连接微带线(22)连接，另一端与输出端口(4)连接；
所述并联枝节(3)包括结构和尺寸均相同的第一并联枝节(31)和第二并联枝节(32)；所述第一并联枝节(31)接于输入微带线(21)与连接微带线(22)的连接处；所述第二并联枝节(32)接于输出微带线(23)与连接微带线(22)的连接处；
所述第一并联枝节(31)包括短路传输线(311)、开路传输线(312)、串联传输线(313)、吸收电阻(314)、二分之一波长传输线(315)和四分之一波长传输线(316)；所述短路传输线(311)与开路传输线(312)并联之后与串联传输线(313)相连接，经吸收电阻(314)与二分之一波长传输线(315)串联，最终与四分之一波长传输线(316)连接。
2.根据权利要求1所述的具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，其特征在于，所述微带线(2)的特性阻抗为Z4，所述短路传输线(311)的特性阻抗和开路传输线(312)的特性阻抗相等，均为Z1，所述串联传输线(313)的特性阻抗和二分之一波长传输线(315)的特性阻抗相等，均为Z2，所述吸收电阻(314)的阻值为R，所述四分之一波长传输线(316)的特性阻抗为Z3。
3.根据权利要求1所述的具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，其特征在于，所述宽带微波电路实现低插入损耗与平坦负群时延的条件，如下：
所述短路传输线(311)和开路传输线(312)的长度为中心频率所对应波长的八分之三；
所述串联传输线(313)和四分之一波长传输线(316)的长度为中心频率所对应波长的四分之一；
所述二分之一波长传输线(315)的长度为中心频率所对应波长的二分之一；
所述输入微带线(21)、连接微带线(22)和输出微带线(23)的长度为中心频率所对应波长的四分之一。
4.根据权利要求1所述的具有低插入损耗和平坦负群时延特性的宽带微波电路，其特征在于，所述宽带微波电路通过改变短路传输线(311)、开路传输线(312)、串联传输线(313)、二分之一波长传输线(315)、四分之一波长传输线(316)以及微带线(2)的特性阻抗进而调节插入损耗的大小以及群时延的平坦度。
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