專利名稱：基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巴侖，尤其是基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖。
背景技術(shù)：
巴侖是一個(gè)三端口器件，它可以將不平衡的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為平衡的差分信號(hào)，被廣泛地應(yīng)用在雙線天線等微波天線的饋電系統(tǒng)中和其他射頻或微波通信，衛(wèi)星通信，無線通信，有線電視中。
巴侖的設(shè)計(jì)通常有分布式傳輸線和集總參數(shù)元件兩種類型。分布式傳輸線類型的巴侖由于對(duì)傳輸線本身的頻率依賴性導(dǎo)致其帶寬很窄，如果要達(dá)到寬帶的話，其結(jié)構(gòu)就不可能緊湊。集總參數(shù)元件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以做到很緊湊，但它會(huì)造成低通、高通輸出線的相位響應(yīng)不匹配。
目前，已知的巴侖通常都是威爾金森結(jié)構(gòu)和T型結(jié)構(gòu)，但是這些巴侖由于所用元件的線性色散關(guān)系，導(dǎo)致存在工作頻帶窄，頻率低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，制作工藝要求高的缺點(diǎn)。
工作頻帶，尺寸，質(zhì)量大小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，低的插入損耗，回波損耗和高的隔離度是設(shè)計(jì)一個(gè)好的巴侖必須考慮的因素。為了擴(kuò)大巴侖的工作頻帶，縮小尺寸，簡化制作工藝，已經(jīng)有不少人提出了一些新的設(shè)計(jì)方法。比如采用小型化的威爾金森結(jié)構(gòu)功分器結(jié)構(gòu)，或者采用雙左手性傳輸線的差分相移器，但是其帶寬也僅可以達(dá)到2∶1，還是沒有得到很大程度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的巴侖存在頻帶窄，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，制作工藝要求高的不足，提供一種具有寬的工作頻帶，低的插入損耗，高的隔離度，同時(shí)成本低，尺寸很小，便于制作和集成的基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖。
本發(fā)明的基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖，其特征在于包括威爾金森功分器以及由右手傳輸線和左右手復(fù)合傳輸線組成的相移器，右手傳輸線與威爾金森功分器的一個(gè)輸出端相連，左右手復(fù)合傳輸線與威爾金森功分器的另一個(gè)輸出端相連，所說的左右手復(fù)合傳輸線由n個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成，n＝1，2，…正整數(shù)，每個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元是由兩個(gè)相連的阻抗單元和連接在兩個(gè)阻抗單元接點(diǎn)處的導(dǎo)納單元構(gòu)成的T形電路，其中，阻抗單元由右手性電感和左手性電容串聯(lián)構(gòu)成，導(dǎo)納單元由右手性電容并聯(lián)左手性電感構(gòu)成。
本發(fā)明的有益效果在于可以獲得寬工作頻帶，低插入損耗，低回波損耗和高隔離度，同時(shí)因?yàn)椴捎秒娙?、電感元件，該左右手?fù)合傳輸線的巴侖結(jié)構(gòu)簡單，成本低，尺寸小，便于制作及集成微波，毫米波電路。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明在寬頻帶范圍內(nèi)性能良好，可以使帶寬提高到4.37∶1，因此能對(duì)需要寬頻帶差分信號(hào)的平面器件做理想饋電，例如對(duì)印刷領(lǐng)結(jié)天線或串聯(lián)饋電偶極子掃描陣列的饋電。


圖1是基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖的構(gòu)成示意圖；圖2是左右手復(fù)合傳輸線單元示意圖；圖3是本發(fā)明的寬帶巴侖輸出端口相位響應(yīng)性能示意圖；圖中1為左右手復(fù)合傳輸線，2為右手傳輸線；圖4是本發(fā)明的寬帶巴侖輸出端口穩(wěn)定相位差的帶寬示意圖；圖5是本發(fā)明的寬帶巴侖各輸出端口的隔離和直通特性示意圖；圖6是本發(fā)明的寬帶巴侖各端口的回波損耗特性示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖，包括威爾金森功分器1以及由右手傳輸線2和左右手復(fù)合傳輸線3組成的相移器，右手傳輸線2與威爾金森功分器1的一個(gè)輸出端相連，左右手復(fù)合傳輸線3與威爾金森功分器1的另一個(gè)輸出端相連，所說的左右手復(fù)合傳輸線3由n個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成，n＝1，2，…正整數(shù)，每個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元如圖2所示，是由兩個(gè)相連的阻抗單元Z和連接在兩個(gè)阻抗單元接點(diǎn)處的導(dǎo)納單元Y構(gòu)成的T形電路，其中，阻抗單元Z由右手性電感LR和左手性電容CL串聯(lián)構(gòu)成，導(dǎo)納單元Y由右手性電容CR并聯(lián)左手性電感LL構(gòu)成。
工作時(shí)，信號(hào)從威爾金森功分器的輸入端進(jìn)入，從相移器的兩個(gè)輸出端輸出。
左右手復(fù)合傳輸線單元所對(duì)應(yīng)的電容CR，CL，電感LR，LL的初始值可以由下列公式得到LR=-Z02φPRH,S+φCRLH,S2NωS]]>CR=-φPRH,S+φCRLH,S2NωSZ0]]>LL=-2NZ0(φPRH,S-φCRLH,S)ωS]]>CL=-2·2N(φPRH,S-φCRLH,S)ωSZ0]]>
其中，φPRH，S，φCRLH，S分別是右手傳輸線和左右手復(fù)合傳輸線在中心工作頻率ωs時(shí)的相移，N是左右手復(fù)合傳輸線的單元級(jí)聯(lián)數(shù)目，Z0是傳輸線的特性阻抗。可以利用安捷倫設(shè)計(jì)系統(tǒng)模擬仿真后對(duì)元件的初始參數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化來獲得最終參數(shù)，設(shè)計(jì)出在寬頻帶內(nèi)具有固定端口相位差的巴侖。
基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)一個(gè)中心頻率為1.5GHz，在0.63GHz到2.75GHz的頻帶上具有穩(wěn)定相位差(180°±10°)的寬帶巴侖，該巴侖的絕對(duì)帶寬為2.12GHz，頻率比帶寬為4.37∶1。采用圖1的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，其中選擇左右手復(fù)合傳輸級(jí)聯(lián)單元數(shù)目為N＝10，中心工作頻率為ωs＝2π*1.5GHz，傳輸線特性阻抗為Z0＝50Ω。根據(jù)上述的一組公式計(jì)算元件初始值并利用安捷倫設(shè)計(jì)系統(tǒng)模擬仿真后進(jìn)行優(yōu)化最終得到CR＝1.82pF，LR＝2.28nH，LL＝54.49nH，CL＝43.60pF，φPRH，S＝3.51π。采用上述參數(shù)設(shè)計(jì)的寬帶巴侖輸出端口的相位響應(yīng)性能如圖3和圖4所示。
圖5給出了輸出端口的隔離和直通特性，圖中S21為威爾金森功分器的輸入端與右手傳輸線輸出端之間的傳輸系數(shù)，S31為威爾金森功分器的輸入端與左右手復(fù)合傳輸線輸出端之間的傳輸系數(shù)，S23為左右手復(fù)合傳輸線輸出端與右手傳輸線輸出端之間的隔離度。
圖6給出了3個(gè)端口各自的回波損耗的幅度響應(yīng)，圖中S11為威爾金森功分器輸入端的反射系數(shù)，S22為右手傳輸線輸出端的反射系數(shù)，S33為左右手復(fù)合傳輸線輸出端的反射系數(shù)。由圖4～圖6可見，該結(jié)構(gòu)的巴侖在很寬的帶寬范圍內(nèi)達(dá)到了輸出端口的穩(wěn)定相位差，同時(shí)還具有低插入損耗，低回波損耗和高隔離度等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖，其特征在于包括威爾金森功分器(1)以及由右手傳輸線(2)和左右手復(fù)合傳輸線(3)組成的相移器，右手傳輸線(2)與威爾金森功分器(1)的一個(gè)輸出端相連，左右手復(fù)合傳輸線(3)與威爾金森功分器(1)的另一個(gè)輸出端相連，所說的左右手復(fù)合傳輸線(3)由n個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成，n＝1，2，…正整數(shù)，每個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元是由兩個(gè)相連的阻抗單元(Z)和連接在兩個(gè)阻抗單元接點(diǎn)處的導(dǎo)納單元(Y)構(gòu)成的T形電路，其中，阻抗單元(Z)由右手性電感(LR)和左手性電容(CL)串聯(lián)構(gòu)成，導(dǎo)納單元(Y)由右手性電容(CR)并聯(lián)左手性電感(LL)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開的基于左右手復(fù)合傳輸線的寬帶巴侖包括威爾金森功分器以及由右手傳輸線和左右手復(fù)合傳輸線組成的相移器，右手傳輸線與威爾金森功分器的一個(gè)輸出端相連，左右手復(fù)合傳輸線與威爾金森功分器的另一個(gè)輸出端相連，所說的左右手復(fù)合傳輸線由n個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元串聯(lián)而成，每個(gè)左右手復(fù)合傳輸線單元是由兩個(gè)相連的阻抗單元和連接在兩個(gè)阻抗單元接點(diǎn)處的導(dǎo)納單元構(gòu)成的T形電路。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，尺寸小，可以獲得寬工作頻帶，低插入損耗，低回波損耗和高隔離度的優(yōu)點(diǎn)，便于制作及集成微波，毫米波電路。
文檔編號(hào)H01P5/12GK101022182SQ20071006771
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者胡駿, 張巧利, 熊江, 何賽靈, 胡黎 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)