[發明專利]基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路及設計方法

有效

• 申請號: 201910370396.1
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN109918864B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 萬發雨;李寧東;王健
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F30/367
• 分類號: G06F30/367;G06F30/39
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路，其特征在于：包括耦合微帶線、損耗電阻和扇形微帶短截線，所述耦合微帶線的端口3、端口4對稱地串聯一個損耗電阻和扇形微帶短截線，所述耦合微帶線的端口1、端口2分別為輸入、輸出端口。

2.根據權利要求1所述的一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路，其特征在于：所述損耗電阻阻值為0.3Ω，所述耦合微帶線的耦合間距為1mm，所述扇形微帶短截線的外徑為14.5mm，所述扇形微帶短截線的角度為30°。

3.根據權利要求1所述的一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路，其特征在于：所述負群時延電路工作于L頻段，在中心頻率1.41GHz時，電路的群時延為-1ns，電路的損耗S₂₁為-2.5dB,電路的反射S₁₁為-13dB。

4.一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路設計方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：推導扇形微帶短截線的輸入阻抗Z_stub(jω)；

S2：根據S參數的理論，推導負群時延電路的S參數，從而得到負群時延電路的插入損耗S₂₁和反射系數S₁₁；

S3：由公式求出電路的相位函數,再由群時延定義求出群時延函數τ(ω)；

S4：通過HFSS仿真軟件對負群時延電路的S₁₁、S₂₁和τ(ω)進行仿真，經過電磁參數優化之后確定負群時延電路基本參數尺寸。

5.根據權利要求4所述的一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路設計方法，其特征在于：步驟S1具體為：

(1)由扇形微帶短截線原理得到扇形微帶短截線等效的微帶線的寬度w：

w＝(r+d)sin(a/2)≈rsin(a/2) (1)

其中w是扇形短截線等效的微帶線的寬度，r、d、a分別是扇形短截線的外徑、內徑、角度；

(2)由微波工程的理論得到扇形微帶線的相速度、波長和相位常數的關系：

其中v是微帶線的相速度，c是真空中光速，ε_eff是微帶線的等效介電常數，λ為波長，ω為角頻率；

(3)忽視扇形微帶線本身的損耗的同時，且滿足r＜λ/8和d＜λ/10的情況下，推出扇形微帶短截線的輸入阻抗Z_stub(jω)：

6.根據權利要求5所述的一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路設計方法，其特征在于：步驟S2所述負群時延電路的插入損耗S₂₁和反射系數S₁₁計算公式如下：

其中，k是微帶線的耦合系數，j²＝-1，Z₀為特征阻抗，Z₀＝50Ω，ξ(jω)＝(1-k²)[Z_in(jω)-Z₀]²-[Z_in(jω)+Z₀]²(7)；

Z_in(jω)為耦合微帶線和扇形微帶短截線的阻抗，Z_in(jω)＝R+Z_stub(jω)(4)，其中R為耦合微帶線和扇形微帶短截線之間的電阻。

7.根據權利要求6所述的一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路設計方法，其特征在于：步驟S3所述群時延函數τ(ω)計算公式如下：

τ(ω)＝τ₁(ω)-τ₂(ω) (10)

其中，

8.根據權利要求7所述的一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路設計方法，其特征在于：步驟S4中，仿真模型采用FR4板材，所述板材的尺寸為18mm×44mm，厚度為1.6mm，介電常數為4.4，正切損耗角為0.02，且銅厚為0.035mm。