CN115312998B - 一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，包括介质板，所述介质板的上表面设置有第一金属层，其下表面设置有作为公共地板使用的第二金属层，所述第一金属层上分别设置有输入端口及其输入匹配部分、输出端口及其输出匹配部分、第一复合左右手传输线、耦合结构和第二复合左右手传输线，所述输入端口通过其输入匹配部分与第一复合左右手传输线相连接，所述输出端口通过其输出匹配部分与第二复合左右手传输线相连接，所述第一复合左右手传输线和第二复合左右手传输线通过耦合结构级联在一起。本发明在宽带内具有良好的匹配和相位平稳特性，并且整个移相器结构小，加工方便，成本低。

Description

一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器

技术领域

本发明涉及移相器的技术领域，尤其是指一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器。

背景技术

随着5G通信技术的发展，有限的频谱资源逐渐满足不了通信的需求。多波束天线可以优化频谱资源，进行高质量无线信号传输，一般多波束天线需要相应的波束形成网络进行馈电，如Blass矩阵、Nolen矩阵、Butler矩阵等，其中移相器是构成波束形成网络必不可缺的重要器件。除此之外，移相器还是构成耦合器、滤波器等微波器件的基本部分，因此研究一种宽带可调移相器具有深远意义。

对现有的技术进行调查,具体有：

Han Ren等人在2020年提出了一种阻抗和电长度可变的传输线，用该传输线可以实现可调移相器，通过改变电压控制可变电容的值，实现了窄带的90°可调移相器。

Tzyh-Ghuang Ma等人在2018年利用左手传输线获得了窄带的可调移相器，通过调节变容二极管的偏置电压，它可以实现两种状态的可调移相器。在2021年，Tzyh-Ghuang Ma等人通过级联左手传输线和右手传输线的方式，获得了一种90°宽带(25％)连续可调移相器。

总的来说，现有的研究中，为了满足波束形成网络小型化、可重构等要求，需要研究一种灵活的移相器，以获得灵活的相位。现有研究中，实现可调移相器的方式有：可切换的传输线，反射型可调移相器和基于等效传输线的移相器，但是因此可切换的传输线和反射型可调移相器会有体积较大或损耗较大的缺点，限制了其应用于波束形成网络上，而已有的基于等效传输线的可调移相器则有带宽较窄，调节范围小的缺点。因此，设计一种小体积的，具有宽带连续可调的电调移相器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，通过两个复合左右手传输线的耦合放置，实现该宽带可调移相器，该移相器在宽带内具有良好的匹配和相位平稳特性，并且整个移相器结构小，加工方便，成本低。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，包括介质板，所述介质板的上表面设置有第一金属层，其下表面设置有作为公共地板使用的第二金属层，所述第一金属层上分别设置有输入端口及其输入匹配部分、输出端口及其输出匹配部分、第一复合左右手传输线、耦合结构和第二复合左右手传输线，所述输入端口通过其输入匹配部分与第一复合左右手传输线相连接，所述输出端口通过其输出匹配部分与第二复合左右手传输线相连接，所述第一复合左右手传输线和第二复合左右手传输线通过耦合结构级联在一起。

优选的，所述第一复合左右手传输线包括第一微带线电感、第一可变电容、第二微带线电感和第二可变电容，所述第一微带线电感的一端与输入端口的输入匹配部分相连接，其另一端与第一可变电容相连接，所述第二微带线电感和第二可变电容并联在一起，所述第一可变电容、第二微带线电感、第二可变电容和耦合结构通过第一微带节点相连接，所述第二微带线电感通过第一金属接地通孔接地，所述第二可变电容通过第三金属接地通孔接地；

所述第二复合左右手传输线包括第三微带线电感、第三可变电容、第四微带线电感和第四可变电容，所述第三微带线电感的一端与输出端口的输出匹配部分相连接，其另一端与第三可变电容相连接，所述第四微带线电感和第四可变电容并联在一起，所述第三可变电容、第四微带线电感、第四可变电容和耦合结构通过第二微带节点相连接，所述第四微带线电感通过第二金属接地通孔接地，所述第四可变电容通过第四金属接地通孔接地。

优选的，所述宽带电调微波移相器还包括直流偏置电压源、第一扼流电感、第二扼流电感、第三扼流电感、第三隔直电容和第四隔直电容；所述直流偏置电压源通过第一扼流电感与耦合结构相连接，通过第一扼流电感能够阻止高频信号对直流偏置电压源的影响，所述直流偏置电压源为第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容、第四可变电容提供直流偏置电压；所述第二扼流电感通过第一金属线连接第三金属接地通孔接地；所述第三扼流电感通过第二金属线连接第四金属接地通孔接地；所述第三隔直电容设置在第二微带线电感上；所述第四隔直电容设置在第四微带线电感上。

所述输入端口的输入匹配部分由第一微带传输线和第一隔直电容级联而成；所述输出端口的输出匹配部分由第二微带传输线和第二隔直电容级联而成。

优选的，所述第一复合左右手传输线和第二复合左右手传输线左右镜像对称。

优选的，所述耦合结构为一段T型微带传输线结构。

优选的，所述第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容、第四可变电容为变容二极管SMV1232。

优选的，所述第一金属层和第二金属层为覆铜层。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明的移相器工作中心频率为2.4GHZ，工作带宽为2.0GHz～2.8GHz(33.3％)，通过控制变容二极管的电容值，可以在带宽内实现135°(±5°)的可调相移。

2、在整个调节范围内，移相器的反射系数S11始终满足在-10dB以下，具有良好的匹配效果。

3、整个移相器只需要一个偏置电压，简化了调节控制方式。

4、相对于其它同类型的移相器，本移相器具有结构小、加工方便、成本低、损耗低等优点，且实现了更宽的带宽和更大的相位调节范围，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实施例提供的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器的剖视图。

图2为本实施例提供的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器的微带结构图。

图3为本实施例提供的第一复合左手传输线的结构图。

图4为本实施例提供的第二复合左手传输线的结构图。

图5为本实施例提供的耦合结构示意图。

图6为本实施例提供的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器在变容二极管变化时的相位仿真结果图。

图7为本实施例提供的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器在变容二极管变化时的S11仿真结果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1至图5所示，本实施例公开了一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，包括介质板33，所述的介质板1的厚度为0.8mm，介电常数为2.65，损耗角正切为0.0029，所述介质板33的上表面设置有第一金属层32，其下表面设置有作为公共地板使用的第二金属层34，所述第一金属层32上分别设置有输入端口1及其输入匹配部分、输出端口29及其输出匹配部分、第一复合左右手传输线30、耦合结构15和第二复合左右手传输线31，所述输入端口1通过其输入匹配部分与第一复合左右手传输线30相连接，所述输出端口29通过其输出匹配部分与第二复合左右手传输线31相连接，所述第一复合左右手传输线30和第二复合左右手传输线31通过耦合结构15级联在一起，并呈左右镜像对称。

优选的，所述第一复合左右手传输线30包括第一微带线电感4、第一可变电容7、第二微带线电感8和第二可变电容13，所述第一微带线电感4的一端与输入端口1的输入匹配部分相连接，其另一端与第一可变电容7相连接，所述第二微带线电感8和第二可变电容13并联在一起，所述第一可变电容7、第二微带线电感8、第二可变电容13和耦合结构15通过第一微带节点12相连接，所述第二微带线电感8通过第一金属接地通孔9接地，所述第二可变电容13通过第三金属接地通孔10接地；所述第二复合左右手传输线31包括第三微带线电感26、第三可变电容23、第四微带线电感19和第四可变电容21，所述第三微带线电感26的一端与输出端口29的输出匹配部分相连接，其另一端与第三可变电容23相连接，所述第四微带线电感19和第四可变电容21并联在一起，所述第三可变电容23、第四微带线电感19、第四可变电容21和耦合结构15通过第二微带节点17相连接，所述第四微带线电感19通过第二金属接地通孔20接地，所述第四可变电容21通过第四金属接地通孔22接地。

为了实现可控的电容值，第一可变电容7、第二可变电容13、第三可变电容23、第四可变电容21均由变容二极管SMV1232实现。因此，需要直流偏置电压源16和第一扼流电感14、第二扼流电感5、第三扼流电感25、第三隔直电容11、第四隔直电容18；所述直流偏置电压源16通过第一扼流电感14与耦合结构15相连接，通过第一扼流电感14能够阻止高频信号对直流偏置电压源16的影响，所述直流偏置电压源16为第一可变电容7、第二可变电容13、第三可变电容23、第四可变电容21提供直流偏置电压，从而实现电压控制可变电容的值；所述第二扼流电感5通过第一金属线6连接第三金属接地通孔10接地，该第二扼流电感5可以让直流信号通过第一金属线6进入第三金属接地通孔10接地，但防止高频信号导通；所述第三扼流电感25通过第二金属线24连接第四金属接地通孔22接地，该第三扼流电感25可以让直流信号通过第二金属线24进入第四金属接地通孔22接地，但防止高频信号导通；所述第三隔直电容11设置在第二微带线电感8上，用于防止直流偏置电压源16通过第一金属接地通孔9接地短路，但不影响高频信号的导通；所述第四隔直电容18设置在第四微带线电感19上，用于防止直流偏置电压源16通过第二金属接地通孔20接地短路，但不影响高频信号的导通。

优选的，所述输入端口1的输入匹配部分由第一微带传输线3和第一隔直电容2级联而成，所述第一隔直电容2可以防止直流偏置电压源16的电压过大对输入端口1造成不良影响，但不影响高频信号的导通；所述输出端口29的输出匹配部分由第二微带传输线27和第二隔直电容28级联而成，所述第二隔直电容28可以防止直流偏置电压源16的电压过大对输出端口29造成不良影响，但不影响高频信号的导通。

优选的，所述耦合结构15为一段T型微带传输线结构。

优选的，所述第一金属层32和第二金属层34为覆铜层

参见图6所示，显示了本实施例上述基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器的相位仿真结果，在变容二极管的电容值为0.74pF～2.1pF变化的时候，在2.0GHz～2.8GHz移相器的相对相移为0～135°，且误差小于5°，显示本移相器具有33.3％相移宽平稳特性。

参见图7所示，显示了本实施例上述基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器的S11仿真结果，在变容二极管的电容值为0.74pF～2.1pF变化的时候，在2.0GHz～2.8GHz移相器的S11均小于-10dB，显示本移相器具有33.3％宽带效果。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，包括介质板（33）、直流偏置电压源（16）、第一扼流电感（14）、第二扼流电感（5）、第三扼流电感（25）、第三隔直电容（11）和第四隔直电容（18），所述介质板（33）的上表面设置有第一金属层（32），其下表面设置有作为公共地板使用的第二金属层（34），其特征在于：所述第一金属层（32）上分别设置有输入端口（1）及其输入匹配部分、输出端口（29）及其输出匹配部分、第一复合左右手传输线（30）、耦合结构（15）和第二复合左右手传输线（31），所述输入端口（1）通过其输入匹配部分与第一复合左右手传输线（30）相连接，所述输出端口（29）通过其输出匹配部分与第二复合左右手传输线（31）相连接，所述第一复合左右手传输线（30）和第二复合左右手传输线（31）通过耦合结构（15）级联在一起；

所述第一复合左右手传输线（30）包括第一微带线电感（4）、第一可变电容（7）、第二微带线电感（8）和第二可变电容（13），所述第一微带线电感（4）的一端与输入端口（1）的输入匹配部分相连接，其另一端与第一可变电容（7）相连接，所述第二微带线电感（8）和第二可变电容（13）并联在一起，所述第一可变电容（7）、第二微带线电感（8）、第二可变电容（13）和耦合结构（15）通过第一微带节点（12）相连接，所述第二微带线电感（8）通过第一金属接地通孔（9）接地，所述第二可变电容（13）通过第三金属接地通孔（10）接地；

所述第二复合左右手传输线（31）包括第三微带线电感（26）、第三可变电容（23）、第四微带线电感（19）和第四可变电容（21），所述第三微带线电感（26）的一端与输出端口（29）的输出匹配部分相连接，其另一端与第三可变电容（23）相连接，所述第四微带线电感（19）和第四可变电容（21）并联在一起，所述第三可变电容（23）、第四微带线电感（19）、第四可变电容（21）和耦合结构（15）通过第二微带节点（17）相连接，所述第四微带线电感（19）通过第二金属接地通孔（20）接地，所述第四可变电容（21）通过第四金属接地通孔（22）接地；

所述直流偏置电压源（16）通过第一扼流电感（14）与耦合结构（15）相连接，通过第一扼流电感（14）能够阻止高频信号对直流偏置电压源（16）的影响，所述直流偏置电压源（16）为第一可变电容（7）、第二可变电容（13）、第三可变电容（23）、第四可变电容（21）提供直流偏置电压；所述第二扼流电感（5）通过第一金属线（6）连接第三金属接地通孔（10）接地，该第二扼流电感（5）让直流信号通过第一金属线（6）进入第三金属接地通孔（10）接地，但防止高频信号导通；所述第三扼流电感（25）通过第二金属线（24）连接第四金属接地通孔（22）接地，该第三扼流电感（25）让直流信号通过第二金属线（24）进入第四金属接地通孔（22）接地，但防止高频信号导通；所述第三隔直电容（11）设置在第二微带线电感（8）上；所述第四隔直电容（18）设置在第四微带线电感（19）上；

所述输入端口（1）的输入匹配部分由第一微带传输线（3）和第一隔直电容（2）级联而成；所述输出端口（29）的输出匹配部分由第二微带传输线（27）和第二隔直电容（28）级联而成。

2.根据权利要求1所述的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，其特征在于：所述第一复合左右手传输线（30）和第二复合左右手传输线（31）左右镜像对称。

3.根据权利要求1所述的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，其特征在于：所述耦合结构（15）为一段T型微带传输线结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，其特征在于：所述第一可变电容（7）、第二可变电容（13）、第三可变电容（23）、第四可变电容（21）为变容二极管SMV1232。

5.根据权利要求1所述的一种基于复合左右手传输线的宽带电调微波移相器，其特征在于：所述第一金属层（32）和第二金属层（34）为覆铜层。