CN202085139U - 基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器。传统的相移器工作频带窄、结构复杂。本实用新型包括运算放大器U1、运算放大器U₂、运算放大器U₃、电感L₁、电感L₂、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、电阻R₆、微带传输线TL₁、微带传输线TL₂和电解电容C。电阻R₁、R₂、放大器U₁和电感L₁构成-L₁串联电感，由电阻R₅、R₆、放大器U₃和电感L₂构成-L₂串联电感，由电阻R₃、R₄、放大器U₂和电容C构成-C并联电容，然后与微带传输线TL₁和TL₂串联起来构成零度相移器。本实用新型可以获得低的插入损耗，很宽的工作频带。

Description

基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器

技术领域

本实用新型属于微波射频技术领域，涉及一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器。

背景技术

零度相移器是微波和射频中重要的器件之一，目前零度相移器被广泛的应用于零阶谐振天线和级联功分器，微波混频网络和相控阵天线等微波和射频设备当中，在卫星通信、微波、毫米波无线通信领域中有着良好的应用。

    当前实用的零度相移器有多种形式，有的是通过各条信号传输臂采用不同长度的传统传输线来获得相位差，有的则是通过采用低通或高通滤波器来构成信号传输臂。这些相移器都存在工作频带窄，结构复杂，尺寸大等缺点。

工作频带、插入损耗、尺寸和结构复杂性是设计和制作一个好的零度相移器必须要考虑的因素。为了提高零度相移器的性能，缩小器件的尺寸，不少学者推出了一些方法对基本的零度相移器进行改进，比如，增加耦合双线的节数、引入缺陷接地平面结构等来增强匹配、增大带宽等等，但仍然不能解决目前设计中存在的一些主要问题。

发明内容

本实用新型的目的是为设计更加紧凑和高效的微波、毫米波集成电路提供方便，克服现有零度相移器存在的工作频带不够宽，损耗大，结构复杂，尺寸大、制作不便等不足，提供一种宽带、低插损、尺寸紧凑、设计方便、成本低的基于具有负折射率传输线的零度相移器。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案为：

     基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U₂、第三运算放大器U₃、第一电感L₁、第二电感L₂、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第六电阻R₆、第一微带传输线TL₁、第二微带传输线TL₂和电解电容C。

第一运算放大器U₁的负向输入端和第一电感L₁的一端相连作为零度相移器的一个输入端，零度相移器的另一个输入端接地；

     第一电感L₁的另一端、第一电阻R₁的一端与第一运算放大器U₁的输出端连接，第一电阻R₁的另一端、第二电阻R₂的一端与第一运算放大器U₁的正向输入端连接；第二电阻R₂的另一端与第一微带传输线TL₁的一端连接，第一微带传输线TL₁的另一端分别与第二运算放大器U₂的负向输入端、第三电阻R₃的一端、第二微带传输线TL₂的一端连接，第二运算放大器U₂的正向输入端分别与电解电容C的正端、第四电阻R₄的一端连接，第三电阻R₃的另一端和第四电阻R₄的另一端均与第二运算放大器U₂的输出端连接，电解电容C的负端接地；第二微带传输线TL₂的另一端分别与第二电感L₂的一端、第三运算放大器U₃的负向输入端连接，第二电感L₂的另一端、第五电阻R₅的一端均与第三运算放大器U₃的输出端连接，第五电阻R₅的另一端、第六电阻R₆的一端与第三运算放大器U₃的正向输入端连接。

第六电阻R₆的另一端作为零度相移器的一个输出端，零度相移器的另一个输出端接地。

第一运算放大器U₁的一个电源输入端接地、另一个电源输入端分别与第二电阻R₂的另一端、第一微带传输线TL₁的一端连接；第二运算放大器U₂的两个电源输入端均接地；第三运算放大器U₃的一个电源输入端接地、另一个电源输入端与第六电阻R₆的另一端连接。

本实用新型可以获得低的插入损耗，很宽的工作频带，通过对C、R、L₁和L₂合理的取值来实现零度相移。同时采用电感、电容等组成网络，结构简单，设计方便，尺寸紧凑，制作成本低。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的等效变换示意图；

图3是信号经过本实用新型后的相位差示意图；

图4是本实用新型的透射系数S21参数特性示意图；

图5是本实用新型的反射系数S11参数特性示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，零度相移器包括零度相移器包括第一运算放大器U₁、第二运算放大器U₂、第三运算放大器U₃、第一电感L₁、第二电感L₂、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第六电阻R₆、第一微带传输线TL₁、第二微带传输线TL₂和电解电容C。

第一运算放大器U₁的负向输入端和第一电感L₁的一端相连作为零度相移器的一个输入端，零度相移器的另一个输入端接地。

第一电感L₁的另一端、第一电阻R₁的一端与第一运算放大器U₁的输出端连接，第一电阻R₁的另一端、第二电阻R₂的一端与第一运算放大器U₁的正向输入端连接；第二电阻R₂的另一端与第一微带传输线TL₁的一端连接，第一微带传输线TL₁的另一端分别与第二运算放大器U₂的负向输入端、第三电阻R₃的一端、第二微带传输线TL₂的一端连接，第二运算放大器U₂的正向输入端分别与电解电容C的正端、第四电阻R₄的一端连接，第三电阻R₃的另一端和第四电阻R₄的另一端均与第二运算放大器U₂的输出端连接，电解电容C的负端接地；第二微带传输线TL₂的另一端分别与第二电感L₂的一端、第三运算放大器U₃的负向输入端连接，第二电感L₂的另一端、第五电阻R₅的一端均与第三运算放大器U₃的输出端连接，第五电阻R₅的另一端、第六电阻R₆的一端与第三运算放大器U₃的正向输入端连接。

第六电阻R₆的另一端作为零度相移器的一个输出端，零度相移器的另一个输出端接地。

第一运算放大器U₁的一个电源输入端接地、另一个电源输入端分别与第二电阻R₂的另一端、第一微带传输线TL₁的一端连接；第二运算放大器U₂的两个电源输入端均接地；第三运算放大器U₃的一个电源输入端接地、另一个电源输入端与第六电阻R₆的另一端连接。如图2所示，零度相移器可以等效变换为：由R₁、R₂ 、放大器U₁和L₁构成- L₁串联电感，由R₅、R₆、放大器U₃和L₂构成- L₂串联电感，由R₃、R₄、放大器U₂和C构成- C并联电容。然后与微带传输线TL₁ 和TL₂ 串联起来构成零度相移器。

 零度相移器基本工作原理为：信号经过由传统微带传输线TL₁ 和TL₂获得的相移常数为                                                

，其中L_TL和C_TL为微带传输线TL₁ 和TL₂    等效的电感和电容，信号经过由具有负折射率传输线获得的相移常数为

（L₁  = L₂），总得有效相移为

，当传输线TL₁ 和TL₂   参数确定后，通过对C、R、L₁和L₂合理的取值来实现零度相移。

如图3所示，我们选择电阻R₁=R₂=R₃=R₄=R₅=R₆=50, 电感L₁=L₂=5.328nH, 电容C=0.626pF，微带传输线TL₁ 和TL₂线宽1.39mm，长2.46mm。信号经过复合传输线支路后的相位响应如图3中实线所示。可见在工作频段0GHz到5.44GHz内，相移始终保持在0度左右，上下波动不超过5度。

如图4所示，在工作频段0GHz到5.44GHz内，信号经过复合传输线支路后，透射系数S21绝对值小于5dB，说明该零度相移器具有宽带、低插损的优点。

如图5所示，在工作频段0GHz到5.44GHz内，信号经过复合传输线支路后，反射系数S11小于-15dB，说明该零度相移器损耗小的优点。 

Claims (1)

1.基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器，包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U₂、第三运算放大器U₃、第一电感L₁、第二电感L₂、第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅、第六电阻R₆、第一微带传输线TL₁、第二微带传输线TL₂和电解电容C，其特征在于：

第一运算放大器U₁的负向输入端和第一电感L₁的一端相连作为零度相移器的一个输入端，零度相移器的另一个输入端接地；

    第一电感L₁的另一端、第一电阻R₁的一端与第一运算放大器U₁的输出端连接，第一电阻R₁的另一端、第二电阻R₂的一端与第一运算放大器U₁的正向输入端连接；第二电阻R₂的另一端与第一微带传输线TL₁的一端连接，第一微带传输线TL₁的另一端分别与第二运算放大器U₂的负向输入端、第三电阻R₃的一端、第二微带传输线TL₂的一端连接，第二运算放大器U₂的正向输入端分别与电解电容C的正端、第四电阻R₄的一端连接，第三电阻R₃的另一端和第四电阻R₄的另一端均与第二运算放大器U₂的输出端连接，电解电容C的负端接地；第二微带传输线TL₂的另一端分别与第二电感L₂的一端、第三运算放大器U₃的负向输入端连接，第二电感L₂的另一端、第五电阻R₅的一端均与第三运算放大器U₃的输出端连接，第五电阻R₅的另一端、第六电阻R₆的一端与第三运算放大器U₃的正向输入端连接；

    第六电阻R₆的另一端作为零度相移器的一个输出端，零度相移器的另一个输出端接地；

第一运算放大器U₁的一个电源输入端接地、另一个电源输入端分别与第二电阻R₂的另一端、第一微带传输线TL₁的一端连接；第二运算放大器U₂的两个电源输入端均接地；第三运算放大器U₃的一个电源输入端接地、另一个电源输入端与第六电阻R₆的另一端连接。

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