一種基於具有負折射率傳輸線的新型寬帶零度相移器的製作方法
2023-10-10 20:15:04 1
專利名稱：一種基於具有負折射率傳輸線的新型寬帶零度相移器的製作方法
技術領域：
本發明屬於微波射頻技術領域，涉及一種基於具有負折射率傳輸線的新型寬帶零度相移器。
背景技術：
零度相移器是微波和射頻中重要的器件之一，目前零度相移器被廣泛的應用於零階諧振天線和級聯功分器，微波混頻網絡和相控陣天線等微波和射頻設備當中，在衛星通信、微波、毫米波無線通信領域中有著良好的應用。當前實用的零度相移器有多種形式，有的是通過各條信號傳輸臂採用不同長度的傳統傳輸線來獲得相位差，有的則是通過採用低通或高通濾波器來構成信號傳輸臂。這些相移器都存在工作頻帶窄，結構複雜，尺寸大等缺點。工作頻帶、插入損耗、尺寸和結構複雜性是設計和製作一個好的零度相移器必須要考慮的因素。為了提高零度相移器的性能，縮小器件的尺寸，不少學者推出了一些方法對基本的零度相移器進行改進，比如，增加耦合雙線的節數、引入缺陷接地平面結構等來增強匹配、增大帶寬等等，但仍然不能解決目前設計中存在的一些主要問題。
發明內容
本發明的目的是為設計更加緊湊和高效的微波、毫米波集成電路提供方便，克服現有零度相移器存在的工作頻帶不夠寬，損耗大，結構複雜，尺寸大、製作不便等不足，提供一種寬帶、低插損、尺寸緊湊、設計方便、成本低的基於具有負折射率傳輸線的零度相移器。本發明解決技術問題所採取的技術方案為
一種基於具有負折射率傳輸線的新型寬帶零度相移器包括第一運算放大器U1、第二運算放大器隊、第三運算放大器U3、第一電感L1、第二電感L2、第一電阻R1、第二電阻&、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻&、第六電阻&、第一微帶傳輸線TL1、第二微帶傳輸線TL2和電解電容C。第一運算放大器仏的負向輸入端和第一電感L1的一端相連作為零度相移器的一個輸入端，零度相移器的另一個輸入端接地；
第一電感L1的另一端、第一電阻R1的一端與第一運算放大器仏的輸出端連接，第一電阻R1的另一端、第二電阻&的一端與第一運算放大器仏的正向輸入端連接；第二電阻&的另一端與第一微帶傳輸線TL1的一端連接，第一微帶傳輸線TL1的另一端分別與第二運算放大器隊的負向輸入端、第三電阻民的一端、第二微帶傳輸線TL2的一端連接，第二運算放大器隊的正向輸入端分別與電解電容C的正端、第四電阻R4的一端連接，第三電阻R3的另一端和第四電阻R4的另一端均與第二運算放大器U2的輸出端連接，電解電容C的負端接地； 第二微帶傳輸線TL2的另一端分別與第二電感L2的一端、第三運算放大器U3的負向輸入端連接，第二電感L2的另一端、第五電阻&的一端均與第三運算放大器U3的輸出端連接，第五電阻&的另一端、第六電阻&的一端與第三運算放大器U3的正向輸入端連接。
第六電阻&的另一端作為零度相移器的一個輸出端，零度相移器的另一個輸出端接地。第一運算放大器仏的一個電源輸入端接地、另一個電源輸入端分別與第二電阻& 的另一端、第一微帶傳輸線TL1的一端連接；第二運算放大器U2的兩個電源輸入端均接地； 第三運算放大器U3的一個電源輸入端接地、另一個電源輸入端與第六電阻&的另一端連接。本發明可以獲得低的插入損耗，很寬的工作頻帶，通過對(、1 、1^和L2合理的取值來實現零度相移。同時採用電感、電容等組成網絡，結構簡單，設計方便，尺寸緊湊，製作成本低。
圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是本發明的等效變換示意圖3是信號經過本發明後的相位差示意圖； 圖4是本發明的透射係數S21參數特性示意圖； 圖5是本發明的反射係數Sll參數特性示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。如圖1所示，零度相移器包括零度相移器包括第一運算放大器仏、第二運算放大器 U2、第三運算放大器U3、第一電感L1、第二電感L2、第一電阻R1、第二電阻&、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻&、第六電阻&、第一微帶傳輸線TL1、第二微帶傳輸線TL2和電解電容 C0第一運算放大器仏的負向輸入端和第一電感L1的一端相連作為零度相移器的一個輸入端，零度相移器的另一個輸入端接地。第一電感！^的另一端、第一電阻R1的一端與第一運算放大器仏的輸出端連接，第一電阻R1的另一端、第二電阻&的一端與第一運算放大器仏的正向輸入端連接；第二電阻 R2的另一端與第一微帶傳輸線TL1的一端連接，第一微帶傳輸線TL1的另一端分別與第二運算放大器隊的負向輸入端、第三電阻民的一端、第二微帶傳輸線TL2的一端連接，第二運算放大器U2的正向輸入端分別與電解電容C的正端、第四電阻R4的一端連接，第三電阻R3的另一端和第四電阻R4的另一端均與第二運算放大器隊的輸出端連接，電解電容C的負端接地；第二微帶傳輸線TL2的另一端分別與第二電感L2的一端、第三運算放大器U3的負向輸入端連接，第二電感L2的另一端、第五電阻&的一端均與第三運算放大器U3的輸出端連接， 第五電阻&的另一端、第六電阻&的一端與第三運算放大器U3的正向輸入端連接。第六電阻&的另一端作為零度相移器的一個輸出端，零度相移器的另一個輸出端接地。第一運算放大器仏的一個電源輸入端接地、另一個電源輸入端分別與第二電阻& 的另一端、第一微帶傳輸線TL1的一端連接；第二運算放大器U2的兩個電源輸入端均接地； 第三運算放大器U3的一個電源輸入端接地、另一個電源輸入端與第六電阻&的另一端連接。如圖2所示，零度相移器可以等效變換為由RpIi2、放大器仏和！^構成-L1串聯電感，由R5、&、放大器U3和L2構成-L2串聯電感，由R3、R4、放大器U2和C構成-C並聯電容。然後與微帶傳輸線TL1和TL2串聯起來構成零度相移器。零度相移器基本工作原理為信號經過由傳統微帶傳輸線TL1和TL2獲得的相移常數為 = ^LrzCn ,其中LTl和 Ctl為微帶傳輸線TL1和TL2等效的電感和電容，信號經過由具有負折射率傳輸線獲得的相移常數為(L1 = L2),總得有效相移為^jirzCiri - ω ^iL1C ,當傳輸
線TL1和TL2參數確定後，通過對C、R、L1和L2合理的取值來實現零度相移。如圖3 所示，我們選擇電阻 R1=R2=R3=K=K=Ii6=SO ，電感 L1=L2=S. 328ηΗ,電容 C=O. 626pF，微帶傳輸線TL1和TL2線寬1. 39mm，長2. 46mm。信號經過複合傳輸線支路後的相位響應如圖3中實線所示。可見在工作頻段OGHz到5. 44GHz內，相移始終保持在0度左右，上下波動不超過5度。如圖4所示，在工作頻段OGHz到5. 44GHz內，信號經過複合傳輸線支路後，透射係數S21絕對值小於5dB，說明該零度相移器具有寬帶、低插損的優點。如圖5所示，在工作頻段OGHz到5. 44GHz內，信號經過複合傳輸線支路後，反射係數Sll小於-15dB，說明該零度相移器損耗小的優點。
權利要求
1. 一種基於具有負折射率傳輸線的新型寬帶零度相移器，包括第一運算放大器U1、第二運算放大器隊、第三運算放大器U3、第一電感L1、第二電感L2、第一電阻R1、第二電阻&、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻&、第六電阻&、第一微帶傳輸線TL1、第二微帶傳輸線TL2 和電解電容C，其特徵在於第一運算放大器仏的負向輸入端和第一電感L1的一端相連作為零度相移器的一個輸入端，零度相移器的另一個輸入端接地；第一電感L1的另一端、第一電阻R1的一端與第一運算放大器仏的輸出端連接，第一電阻R1的另一端、第二電阻&的一端與第一運算放大器仏的正向輸入端連接；第二電阻&的另一端與第一微帶傳輸線TL1的一端連接，第一微帶傳輸線TL1的另一端分別與第二運算放大器隊的負向輸入端、第三電阻民的一端、第二微帶傳輸線TL2的一端連接，第二運算放大器隊的正向輸入端分別與電解電容C的正端、第四電阻R4的一端連接，第三電阻R3的另一端和第四電阻R4的另一端均與第二運算放大器U2的輸出端連接，電解電容C的負端接地； 第二微帶傳輸線TL2的另一端分別與第二電感L2的一端、第三運算放大器U3的負向輸入端連接，第二電感L2的另一端、第五電阻&的一端均與第三運算放大器U3的輸出端連接，第五電阻&的另一端、第六電阻&的一端與第三運算放大器U3的正向輸入端連接；第六電阻&的另一端作為零度相移器的一個輸出端，零度相移器的另一個輸出端接地；第一運算放大器仏的一個電源輸入端接地、另一個電源輸入端分別與第二電阻&的另一端、第一微帶傳輸線TL1的一端連接；第二運算放大器隊的兩個電源輸入端均接地；第三運算放大器U3的一個電源輸入端接地、另一個電源輸入端與第六電阻&的另一端連接。
全文摘要
本發明涉及一種基於具有負折射率傳輸線的新型寬帶零度相移器。傳統的相移器工作頻帶窄、結構複雜。本發明包括運算放大器U1、運算放大器U2、運算放大器U3、電感L1、電感L2、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、微帶傳輸線TL1、微帶傳輸線TL2和電解電容C。電阻R1、R2、放大器U1和電感L1構成-L1串聯電感，由電阻R5、R6、放大器U3和電感L2構成-L2串聯電感，由電阻R3、R4、放大器U2和電容C構成-C並聯電容，然後與微帶傳輸線TL1和TL2串聯起來構成零度相移器。本發明可以獲得低的插入損耗，很寬的工作頻帶。
文檔編號H03H11/16GK102195613SQ20111007700
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者姚軍, 崔江澎, 張巧利, 胡鑫 申請人:浙江大學