[发明专利]基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路及设计方法

说明书

本发明公开了一种基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路及设计方法，包括耦合微带线和开路微带线，所述耦合微带线的端口3连接开路微带线，耦合微带线的端口1、端口2分别为整个电路的输入、输出端口。本发明实现了负群时延电路的小型化，同时，还降低了电路的损耗和反射，提高了群时延带宽和时延。

技术领域

本发明属于微波工程领域，具体涉及一种基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路及设计方法。

背景技术

时延是射频和微波通信系统快速发展的关键制约因素。负群时延电路可以用来均衡射频和微波通信系统的时延。负群时延电路是利用色散效应实现输出脉冲峰值超前输入脉冲峰值的微波电路。该电路有广泛的应用价值，如应用于阵列天线解决波束倾斜问题，应用于大功率前馈放大器增强效应，应用于滤波器实现时延的均衡，应用于射频信号长距离传输引起的信号衰减以及时延造成的信号失真问题。负群时延发生的衰减的极大值处，因此，损耗是负群时延电路要解决的重要问题。最初的负群时延电路由RLC集总元件构成，损耗大于20dB。为了解决损耗问题，有学者采用有源电路实现无损耗负群时延电路，但该电路无法应用在射频微波领域，最近有学者采用微带结构实现负群时延电路，但是损耗大于-10dB,并且结构复杂，很难从理论上进行网络分析和综合工作。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种能够降低电路的损耗和反射，提高群时延带宽和时延的基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路；本发明的第二目的在于提供一种能够对负群时延电路进行优化的基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路设计方法。

技术方案：本发明的一种基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路，包括耦合微带线和开路微带线，所述耦合微带线的端口3连接开路微带线，耦合微带线的端口1、端口2分别为整个电路的输入、输出端口。

所述负群时延电路工作于L频段，在中心频率1.54GHz时，电路的群时延约为-2.9ns，电路的反射S₁₁约为-12dB，电路的损耗S₂₁约为-2.5dB。

本发明还包括一种基于耦合微带线的IL形低损耗负群时延电路的设计方法，包括以下步骤：

(1)计算出耦合微带线的S参数矩阵；

(2)推导出IL形负群时延电路的反射系数S₁₁和传输系数S₂₁；

(3)由公式求出负群时延电路的传输相位函数再由群时延定义来求出群时延函数τ(ω)；

(4)通过ADS仿真软件对负群时延电路的S₁₁、S₂₁和τ(ω)进行仿真，经过电磁参数优化之后确定负群时延电路基本参数的尺寸。

步骤(1)中，根据微波电路理论计算出耦合微带线的S参数矩阵[S_CL]，计算公式如下：

式中，ξ表示耦合微带线的耦合系数；

步骤(2)中，所述IL形负群时延电路的反射系数S₁₁和传输系数S₂₁的计算公式如下：

式中，Z_in表示开路微带线的输入阻抗；R₀表示特征阻抗；

所述开路微带线的输入阻抗Z_in的计算公式为：

式中，R₀表示特征阻抗；a表示衰减损耗；

步骤(3)中，所述负群时延电路的传输相位函数的计算公式为：