[发明专利]一种宽带小型化90°移相器及其设计方法

说明书

本发明提供了一种宽带小型化90°移相器及其设计方法，所述移相器包含主线单元和参考线单元两个独立电路单元，采用两端开路的λ/4TRD耦合线代替传统Schiffman移相器中3λ/4的参考线。设计方法包括以下步骤：首先采用TRD耦合器的S参数矩阵分析推导了两端开路的TRD耦合线的回波损耗和插入损耗的计算公式，确定了TRD耦合线随耦合系数的变化规律；接着采用ADS仿真分析了TRD耦合线耦合系数和主线奇偶模特性阻抗比对改进的小型化Schiffman移相器的性能影响；然后设计移相器尺寸，并仿真分析其性能；最后采用HFSS仿真、实物加工与测试的方法验证了设计方法的正确性。与已有的Schiffman移相器相比，本文所提出的移相器的参考线长度减小了三分之二，充分实现了小型化。

技术领域

本发明涉及一种移相器，具体涉及一种宽带小型化90°移相器及其设计方法。

背景技术

传统的90°Schiffman移相器的主线单元主要由一段λ/4且直通端和隔离端连接在一起的平行耦合线组成，微波信号通过该平行耦合线可产生180°的相移，参考线单元则是由一段3λ/4的均匀传输线组成，可产生270°的相移。当主线和参考线的输入信号相位相同时，经主线和参考线的传输可使得两路输出信号之间存在90°的相位差且具有宽频带移相特性，已广泛应用于带宽圆极化天线的馈电网络中，但是为了保持宽带移相功能，参考线的最小长度必须为3λ/4，使得电路尺寸较大，不能有效实现小型化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种宽带小型化90°移相器及其设计方法，该小型化移相器结构设计合理，设计制作科学严谨，能有效实现移相器的小型化，满足更多样的使用需求，设计方法操作简便，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种宽带小型化90°移相器，其特征在于，包括主线单元和参考线单元两个独立的电路单元，所述主线单元的输入端口P3通过平行耦合线与输出端口P4相连，所述平行耦合线由平行设置且连通的传输线构成，两根所述传输线上均有两个端口，一根传输线上的两个端口分别为输入端a1和直通端a2，另一根传输线上的端口为耦合端a3和隔离端a4，所述直通端a2和隔离端a4连接，输入端口P3与输入端a1连接，输出端口P4与耦合端a3连接，所述参考线单元的输入端口P1通过TRD耦合线与输出端口P2相连，所述TRD耦合线是在平行耦合线上等间隔加载电容元件制成，所述TRD耦合线中的一根传输线上设置输入端b1和隔离端b2，另一根传输线上设置耦合端b3和直通端b4，所述直通端b4和耦合端b3均开路，输入端口P1与输入端b1相连，所述隔离端b2和直通端b4的相对位置与隔离端a4和直通端a2的相对位置相反，输出端口P2与隔离端b2相连，所述主线单元内的平行耦合线的奇、偶模特性阻抗分别为Z_e2和Z_o2，电长度为θ₂，所述参考线单元内的TRD耦合线的奇、偶模特性阻抗分别为Z_e1、Z_o1，电长度为θ₁，TRD耦合线上加载电容的参数为C，所述TRD耦合线的长度为λ/4。

另外，本发明还提供一种用于制备所述宽带小型化90°移相器的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、移相器的结构设计和理论分析：采用TRD耦合器的S参数矩阵分析推导TRD耦合线的回波损耗和插入损耗的计算公式，进而确定TRD耦合线随耦合系数的变化规律；

步骤二、移相器的参数化分析：采用ADS仿真分析TRD耦合线耦合系数和主线单元奇偶模特性阻抗比对移相器的性能影响；

步骤三、移相器的设计制作及性能分析：利用ADS中的传输线综合软件，计算得到移相器的物理尺寸，再用HFSS电磁仿真软件建模仿真与分析。

优选地，步骤一中所述的移相器的结构设计和理论分析具体包括以下操作方法：

S101、获得TRD耦合器的S参数矩阵如下所示