[發明專利]一種基于電容加載耦合雙線的緊湊型可調差分移相器

有效

• 申請號: 202210400004.3
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114883763B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 劉宏梅;王雪嬌;陳書圯;任俊豪;于達;王鐘葆
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H01P1/18
• 分類號: H01P1/18;H01Q3/36
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

1.一種基于電容加載耦合雙線的緊湊型可調差分移相器，其特征在于包括：相位可調反射型移相器和相位固定反射型移相器；

所述相位可調反射型移相器作為主通路，包括第一電容加載耦合雙線(1)、短路線加載可調負載(2)和第一輸入輸出50歐姆傳輸線(3)；

所述第一電容加載耦合雙線(1)包括第一耦合雙線(11)、第二耦合雙線(12)、第三耦合雙線(13)、第四耦合雙線(14)、第一跨接電容(15)、第二跨接電容(16)、第三跨接電容(17)和第四跨接電容(18)；所述第一耦合雙線(11)、第二耦合雙線(12)、第三耦合雙線(13)、第四耦合雙線(14)依次連接且尺寸相同；所述第一跨接電容(15)位于第一耦合雙線(11)左端、第二跨接電容(16)位于第一耦合雙線(11)右端、第三跨接電容(17)位于第四耦合雙線(14)左端、所述第四跨接電容(18)位于第四耦合雙線(14)右端；

所述短路線加載可調負載(2)包括結構相同的第一短路線加載可調負載(21)和第二短路線加載可調負載(22)；所述第一短路線加載可調負載(21)與第一電容加載耦合雙線(1)的左下端連接；所述第二短路線加載可調負載(22)與第一電容加載耦合雙線(1)的右下端連接；所述第一短路線加載可調負載(21)包括第一變容二極管(211)、第二變容二極管(212)和第一終端短路線(213)；所述第一變容二極管(211)的負極、第二變容二極管(212)的負極、第一終端短路線(213)上端相互連接；所述第一變容二極管(211)的正極、第二變容二極管(212)的正極、第一終端短路線(213)下端接地；

所述第一輸入輸出50歐姆傳輸線(3)包括第一傳輸線(31)和第二傳輸線(32)；所述第一傳輸線(31)的左端與端口1連接、第一傳輸線(31)的右端與第一電容加載耦合雙線(1)的左上端連接，所述第二傳輸線(32)的右端與端口2連接、第二傳輸線(32)的左端與第一電容加載耦合雙線(1)的右上端連接；

所述相位固定反射型移相器作為參考通路，包括第二電容加載耦合雙線(4)、短路線加載固定負載(5)和第二輸入輸出50歐姆傳輸線(6)；所述第二電容加載耦合雙線(4)的結構與第一電容加載耦合雙線(1)的結構相同；所述短路線加載固定負載(5)包括結構相同的第一短路線加載固定負載(51)和第二短路線加載固定負載(52)；所述第一短路線加載固定負載(51)與第二電容加載耦合雙線(4)的左下端連接；所述第二短路線加載固定負載(52)與第二電容加載耦合雙線(4)的右下端連接；所述第一短路線加載固定負載(51)包括電感元件(511)和第二終端短路線(512)；所述電感元件(511)的右端與第二終端短路線(512)的上端連接；所述電感元件(511)的左端與第二終端短路線(512)的下端接地；

所述第二輸入輸出50歐姆傳輸線(6)包括第三傳輸線(61)和第四傳輸線(62)；所述第三傳輸線(61)的左端與端口3連接、右端與第二電容加載耦合雙線(4)的左上端連接；所述第四傳輸線(62)的右端與端口4連接、左端與第二電容加載耦合雙線(4)的右上端連接。

2.根據權利要求1所述的基于電容加載耦合雙線的緊湊型可調差分移相器，其特征在于：所述第一耦合雙線(11)、第二耦合雙線(12)、第三耦合雙線(13)、第四耦合雙線(14)的尺寸相同；所述第一跨接電容(15)與第四跨接電容(18)容值相同；所述第二跨接電容(16)與第三跨接電容(17)的容值相同；所述第一變容二極管(211)、第二變容二極管(212)的型號及供電電壓相同；所述第一終端短路線(213)和第二終端短路線(512)的尺寸不同。

3.根據權利要求1所述的基于電容加載耦合雙線的緊湊型可調差分移相器，其特征在于：通過調節所述第一變容二極管(211)和第二變容二極管(212)的供電電壓，改變所述差分移相器的相位獲得平坦的相位差。

4.根據權利要求1所述的基于電容加載耦合雙線的緊湊型可調差分移相器，其特征在于：所述第一變容二極管(211)和第二變容二極管(212)容值的調節范圍受限于所述第一終端短路線(213)的阻抗和電長度。

5.一種如權利要求1-4任意所述的基于電容加載耦合雙線的緊湊型可調差分移相器的設計方法，包括以下步驟：

S1：對相位可調反射型移相器進行分析：從第一電容加載耦合雙線(1)的左下端和右下端看進去的阻抗均為Z₀、短路線加載可調負載(2)的端口阻抗設置為Z_L1，Z_L1視為Z_I、Z_Ⅱ、Z_ⅡI三個阻抗的并聯，其中Z_I是第一終端短路線(213)的等效阻抗，Z_Ⅱ是第一變容二極管(211)的等效阻抗，Z_Ⅲ是第二變容二極管(212)的等效阻抗；將第一終端短路線(213)的電長度設置為θ₁、阻抗設置為Z₀，則Z_I＝jZ₀?tan(θ₁)，由于第一變容二極管(211)和第二變容二極管(212)可等效為寄生電阻R_s和可變電容C_V的串聯,則其中f為中心頻率；

S2：將短路線加載可調負載(2)的阻抗Z_L1和從第一電容加載耦合雙線(1)的左下端和右下端看進去的阻抗Z₀帶入反射系數表達式中，獲得相位可調反射型移相器的相移為插入損耗為|S₂₁|＝|Γ₁|²＝(T₁T₃+T₂T₄)²+(T₂T₃-T₁T₄)²/(T₃²+T₄²)²；

其中T₁＝Z₀(1-2πfC_vR_scotθ₁)；

T₂＝Z₀(2πfC_vR_S-4πfC_vZ₀+cotθ₁)；

T₃＝Z₀(1+2πfC_vR_scotθ₁)；

T₄＝Z₀(2πfC_vR_S+4πfC_vZ₁-cotθ₁)；

S3：對相位固定反射型移相器進行分析:從第二電容加載耦合雙線(4)的左下端和右下端看進去的阻抗均為Z₀、短路線加載固定負載(5)的端口阻抗設置為Z_L2，且其中L₁為電感元件(511)的感值，Z₂是第二終端短路線(512)的特性阻抗，θ₂為第二終端短路線(512)的電長度；

S4：將短路線加載固定負載(5)的阻抗Z_L2和從第一電容加載耦合雙線(1)的左下端和右下端看進去的阻抗Z₀帶入反射系數表達式中，得到相位固定反射型移相器的相移為插入損耗為|S₃₄|＝|Γ₂|²＝1；

S5：將相位固定反射型移相器的相移減去相位可調反射型移相器的相移，得到該差分移相器的相位差Δφ為|φ₂-φ₁|；

S6：根據差分移相器相位差Δφ和相位可調反射型移相器插入損耗|S₂₁|的表達式，獲得當第一終端短路線(213)電長度θ₁取不同值時，Δφ和|S₂₁|隨第一變容二極管(211)和第二變容二極管(212)的電容值C_V的變化曲線，選取適合的θ₁的取值，確保Δφ最大、|S₂₁|最小；

S7：確定第一終端短路線(213)的電長度θ₁后，畫出電感元件(511)的感值L₁、第二終端短路線(512)的特性阻抗Z₂和電長度θ₂取值不同時、差分移相器相位帶寬隨頻率的變化曲線，選取適合的電路參數，確保相位帶寬最寬、相位曲線最平坦。