本發(fā)明涉及的是一種信號(hào)處理器件領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種具有穩(wěn)定插入損耗的電可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路。

背景技術(shù)：

在不違背因果性的情況下，通過(guò)恰當(dāng)?shù)匾胄盘?hào)衰減，可以在特定頻帶內(nèi)觀察到電路的負(fù)群時(shí)延特性。負(fù)群時(shí)延已經(jīng)在微波電路中實(shí)現(xiàn)并且應(yīng)用于各種微波系統(tǒng)，例如前饋放大器和天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)。將負(fù)群時(shí)延電路插入這些系統(tǒng)中以補(bǔ)償不同路徑之間的不期望的時(shí)延不平衡，解決了各種微波器件引入的正群時(shí)延導(dǎo)致整個(gè)微波系統(tǒng)性能惡化的問題，可以提高系統(tǒng)工作效率和帶寬等性能。電可調(diào)諧性可以進(jìn)一步增加負(fù)群時(shí)延電路的功能自由度，擴(kuò)展通信和雷達(dá)系統(tǒng)中負(fù)群時(shí)延電路的應(yīng)用范圍，因此研發(fā)電可調(diào)的負(fù)群時(shí)延電路具有明顯的工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在電調(diào)諧過(guò)程中都具有較大的插入損耗和較大范圍的插入損耗變化等缺陷，以及時(shí)延量對(duì)偏置電壓非常敏感，不易精確控制等問題，提出一種具有穩(wěn)定插入損耗的電可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路，該電路在調(diào)節(jié)群時(shí)延時(shí)的插入損耗變化量很小。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：輸入端口、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、阻抗變換器、電可調(diào)諧振器、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)以及輸出端口，其中：輸入端口與輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的第一端口連接，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的第二端口與阻抗變換器的第一端口和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的第一端口連接，阻抗變換器的第二端口和電可調(diào)諧振器連接，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的第二端口和輸出端口連接。

所述的電可調(diào)諧振器包括：一段傳輸線、一個(gè)集總電阻以及設(shè)置于傳輸線兩側(cè)的兩個(gè)變?nèi)荻O管，其中：變?nèi)荻O管分別通過(guò)傳輸線諧振器與集總電阻相連。

所述的兩個(gè)變?nèi)荻O管上均設(shè)有集總電容以及用于生成電壓偏置的串接電阻。

本發(fā)明涉及一種波束掃描天線陣列系統(tǒng)，包括：輸入端以及依次通過(guò)傳輸線相連的上述電可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路、功率放大器以及天線子陣。

所述的電可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路、功率放大器以及天線子陣構(gòu)成一條天線支路，當(dāng)多條該支路并聯(lián)時(shí)優(yōu)選進(jìn)一步在干路與支路之間設(shè)有功分器。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明群時(shí)延為負(fù)值且電可調(diào)，中心頻率為1ghz，群時(shí)延調(diào)整范圍從-1.9到-0.2ns；本發(fā)明插入損耗較小，優(yōu)化后可達(dá)到2.5到3.4db；本發(fā)明調(diào)節(jié)負(fù)群時(shí)延時(shí)插入損耗的變化量較小，優(yōu)化后波動(dòng)可小于0.9db。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；

圖中：輸入端口1、輸入匹配傳輸線2、四分之一波長(zhǎng)阻抗變換器3、傳輸線諧振器4、集總電容5、變?nèi)荻O管6、串接電阻7、串接電阻8、變?nèi)荻O管9、集總電容10、集總電阻11、輸出匹配傳輸線12、輸出端口13；

圖3為實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果圖；

其中：圖3a為不同電容值下的群時(shí)延響應(yīng)，圖3b為不同負(fù)群時(shí)延工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的插入損耗，圖3c為-0.2ns和-1.9ns兩種群時(shí)延工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)；

圖4為實(shí)施例在天線陣列系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖，用于實(shí)現(xiàn)電可調(diào)的波束掃描；

圖中：輸入端2-8、第一至第七傳輸線2-1～2-7、第一至第三功分器2-21、2-22和2-23、電可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路2-9～2-12、第一至第四功率放大器2-13～2-16、第一至第四天線子陣2-17～2-20；

圖5為圖4中天線陣列系統(tǒng)方向圖波束掃描的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，本實(shí)施例包括：輸入端口1、作為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸線2、阻抗變換器3、電可調(diào)諧振器、作為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸線12以及輸出端口13。本實(shí)施例使用的基板為taconicrf-35a2，其厚度為40mil，相對(duì)介電常數(shù)為3.5，損耗角正切為0.0013。

所述的輸入端口1和輸出端口13均為特性阻抗50ω的微帶線，其線寬為2.29mm。

所述的作為輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸線2和12均為特性阻抗76ω的微帶線，其線寬為1.04mm，線長(zhǎng)47.3mm約為中心頻率1ghz處的1/4波長(zhǎng)。

所述的阻抗變換器3為特性阻抗77ω的微帶線，其線寬為1.02mm，線長(zhǎng)48.9mm約為中心頻率1ghz處的1/4波長(zhǎng)。

所述的電可調(diào)諧振器包括：一段特性阻抗為100ω的微帶線4、一個(gè)阻值為62ω的集總電阻11和兩個(gè)infineon公司bb857-02v型號(hào)的變?nèi)荻O管6和9，其中：微帶線4的長(zhǎng)度為66.7mm，線寬為0.56mm；集總電阻11加載于微帶線4和阻抗變換器3交匯處并接地；變?nèi)荻O管6和9設(shè)置于微帶線4的兩端。

所述的變?nèi)荻O管6(9)與一個(gè)容值為0.95pf的集總電容5(10)串聯(lián)并接地，以此調(diào)節(jié)可變電容的取值范圍；再經(jīng)由一個(gè)阻值為22kω的串接電阻7(8)連接到直流電源上以對(duì)變?nèi)荻O管6(9)施加電壓偏置，電阻7(8)用于隔離交流信號(hào)對(duì)直流電源的潛在干擾并限制偏置電流的大小。

本實(shí)施例的面積為22×53mm²。

本實(shí)施例工作在1ghz，調(diào)節(jié)電壓在1到25v之間，可提供從-0.2到-1.9ns之間的負(fù)群時(shí)延量，相應(yīng)的插入損耗由3.4變化到2.5db，波動(dòng)范圍小于0.9db。插入損耗在各種電壓偏置組合下的測(cè)試群時(shí)延頻率響應(yīng)如圖3a所示，各種負(fù)群時(shí)延工作狀態(tài)下的插入損耗大小在圖3b中給出，-0.2ns和-1.9ns兩種群時(shí)延工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)在圖3c中給出。

與其它文獻(xiàn)中的可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路相比，本實(shí)施例具有最小的插入損耗波動(dòng)0.9db。例如，文獻(xiàn)《negativegroupdelaysynthesiser》中電路的插入損耗波動(dòng)約為8db；文獻(xiàn)《designoftunablenegativegroupdelaycircuitforcommunicationsystems》中電路的插入損耗波動(dòng)約為20db；文獻(xiàn)《negativegroupdelaycircuitwithindependentlytunablecenterfrequencyandgroupdelay》中電路的插損波動(dòng)約為20db；此外，該負(fù)群時(shí)延可調(diào)電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于加工，實(shí)現(xiàn)成本較低。

本裝置工作原理簡(jiǎn)述如下：通過(guò)同時(shí)改變兩個(gè)偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)兩個(gè)變?nèi)荻O管的電容值，從而在保證諧振器諧振頻率不變的情況下改變諧振器的導(dǎo)納斜率參數(shù)和無(wú)載品質(zhì)因素，最終改變電路提供的負(fù)群時(shí)延量。而調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管時(shí)，從阻抗變換器3往諧振器所在方向視入的輸入阻抗在諧振頻率處基本保持不變，從而使得整個(gè)電路中心頻率處的插入損耗變化量很小。因此，本發(fā)明能在具有穩(wěn)定插入損耗的同時(shí)提供電可調(diào)諧的負(fù)群時(shí)延量。

如圖4所示，本實(shí)施例應(yīng)用于并行饋電天線陣列的電可調(diào)波束掃描中，該波束掃描天線陣列系統(tǒng)包含：輸入端2-8、第一至第七傳輸線2-1～2-7、第一至第三功分器2-21、2-22和2-23、上述電可調(diào)負(fù)群時(shí)延電路2-9～2-12、第一至第四功率放大器2-13～2-16、第一至第四天線子陣2-17～2-20。通過(guò)給定不同的偏置電壓，每個(gè)負(fù)群時(shí)延可調(diào)電路實(shí)施例提供特定的負(fù)群時(shí)延量；再經(jīng)過(guò)放大器補(bǔ)償饋電網(wǎng)絡(luò)和實(shí)施例引入的插入損耗，對(duì)天線子陣的時(shí)延及相位進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)天線陣列的波束電掃描，其產(chǎn)生的方向圖參見示意圖5。由于本實(shí)施例能提供-0.2至-1.9ns的真時(shí)延，相當(dāng)于在中心頻率1ghz處相位超前72°至684°，完全可以滿足各種波束掃描角度的要求。而且，由于各種狀態(tài)下本實(shí)施例的插入損耗變化很小，各子陣中放大器可設(shè)定為具有相同固定增益的狀態(tài)，便于低成本實(shí)現(xiàn)。

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對(duì)其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個(gè)實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。