[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

本發明公開了一種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，所述負群時延電路包括耦合微帶線、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。為了實現負群時延電路的小型化，降低電路的損耗和反射，提高群時延帶寬和時延，本發明對負群時延電路進行優化設計，最終可得：該負群時延電路工作于L頻段，在中心頻率1.41GHz時，電路的群時延約為?1ns，電路的損耗S₂₁約為?2.5dB,電路的反射S₁₁約為?13dB。可被用于數字信號廣播、衛星導航系統等領域。

技術領域

本發明屬于微波工程的技術領域，具體涉及一種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。

背景技術

20世紀早期，美國科學家A.Sommerfeld和L.Brillouin提出了群時延為負的可能性后，在相當長的一段時間內“負群時延”頗受爭議，直到貝爾實驗室的Chu和Wong第一次在激光脈沖穿過GaP:N樣品的實驗中觀察到了負群速。此后，在其他光學、量子試驗中，群速為負或大于光速也被多次被證實。進入二十世紀后，隨著左手材料等新型材料的發展和對通信系統性能的要求越來越高，更多的研究人員開始對群時延展開研究。

尤其是近些年來，負群時延電路因其特殊的性能和在前饋放大器、天線陣列等領域的廣泛應用，吸引了世界各國研究者的注意，成為又一個研究熱點。然而目前負群時延電路的研究成果主要集中在西方發達國家，特別是美國和日本，國內對于這一領域還處在起步階段。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種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，基于微波工程理論，降低負群時延電路的損耗和反射，提高群時延。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于扇形短截線和耦合微帶線的負群時延電路，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。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的損耗電阻阻值為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°。

上述的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。

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，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。

上述的步驟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；