一种基于十字谐振器的四频段负群时延微波电路

1.本发明涉及微波电路领域，具体的是一种基于十字谐振器的四频段负群时延微波电路。


背景技术：

2.随着数字系统速度的提高、信号上升和下降时间的缩短以及互连结构的密度和复杂度大幅度增加，高速数字系统中产生的信号完整性问题越来越突出。因高速问题带来的信号反射、过冲、下冲、振铃、串扰等问题严重影响系统的时延，因此时延问题在高速互连设计中最为关键，也是着重要解决的问题，然而负群时延电路可以减小信号在传输系统中产生的时延。
3.群时延是指窄带信号通过线性时不变传输系统时，信号包络所产生的时延大小，负群时延指的是群时延为负值这一异常的电磁波传输现象。在负群时延电路输出端的信号包络峰值可以比输入端的信号包络峰值提前出现，带通负群时延电路是指群时延在一定频段内为负的电路。
4.目前高速互连传输高频调制信号已经到了毫米波频段，特别是5g通信的快速发展，超高速传输的时延问题日益严重，负群时延电路研究迫在眉睫。目前的负群时延电路多为单频负群时延电路，对于多频低损耗的负群时延电路研究成果较少，通过研究多频带带通负群时延电路，能用于改善高速pcb信号完整性和电磁兼容性。为高速电路中的延时问题与5g通信信道传输中的延时问题提供一种新的解决方案。


技术实现要素：

5.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种基于十字谐振器的四频段负群时延微波电路。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种基于十字谐振器的四频段负群时延微波电路，包括介质基板，介质基板上设置有相平行的微带传输线和第一耦合线，微带传输线的两端分别设置为输入端口和输出端口；
8.第一耦合线的端部连接有第一微带线，第一微带线的端部连接有第二微带线、第三微带线、第四微带线，第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线构成十字结构，第二微带线的外侧端设置有通孔。
9.进一步地，所述介质基板的底部覆铜当作电路的地，第二微带线通过通孔与介质基板底部的覆铜连接。
10.进一步地，所述第一耦合线与微带传输线耦合，得到第一中心频率，第一耦合线的长度为第一中心频率对应波长的四分之一；第一耦合线和第三微带线耦合，得到第二中心频率；第二微带线通过第一通孔接地，产生的谐振频率为第三中心频率；第四微带线产生的谐振频率为第四中心频率。
11.进一步地，通过调节所述第一微带线的长度l4改变第二工作频带和第四工作频带的中心频率以及群时延的值，其他工作频带的中心频率和群时延值影响较小。
12.进一步地，通过调节所述第二微带线的长度l5改变第一工作频带、第三工作频带和第四工作频带的中心频率以及群时延的值，其他工作频带的中心频率和群时延值影响较小。
13.进一步地，通过调节所述第四微带线的长度l7改变第三工作频带和第四工作频带的中心频率和群时延的值，其他工作频带的中心频率和群时延值影响较小。
14.本发明的有益效果：
15.本发明设计的负群时延电路在四个频带内具有负群时延特性，能应用于常用的通信频段，为高速电路中的延时问题与5g通信信道传输中的延时问题提供一种新的解决方案。
16.同时，本发明具有负群时延工作频率与群时延值均调节灵活、输入输出端口阻抗匹配良好以及电路结构紧凑等特点，应用范围更广。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
18.图1是本发明四频段负群时延微波电路的原理示意图；
19.图2是本发明四频段负群时延微波电路的尺寸示意图；
20.图3是本发明四频段负群时延微波电路的性能仿真结果(群时延结果)示意图；
21.图4是本发明四频段负群时延微波电路的性能仿真结果图(回波损耗结果)示意图；
22.图5是本发明四频段负群时延微波电路的性能仿真结果图(插入损耗结果)示意图；
23.图6是本发明四频段负群时延微波电路通过调节第一微带线的长度l4来调节第二工作频带和第四工作频带的结果示意图；
24.图7是本发明四频段负群时延微波电路通过调节第二微带线的长度l5来调节第一工作频带、第三工作频带和第四工作频带的结果示意图；
25.图8是本发明四频段负群时延微波电路通过调节第四微带线的长度l7来调节第三工作频带和第四工作频带的结果示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.一种基于十字谐振器的四频段负群时延微波电路，如图1所示，包括介质基板1，介质基板1的底部覆铜当作电路的地，介质基板1上设置有相平行的微带传输线2和第一耦合
线3，微带传输线2的两端分别设置为输入端口21和输出端口22。
28.第一耦合线3的端部连接有第一微带线4，第一微带线4的端部连接有第二微带线5、第三微带线6、第四微带线7，第一微带线4、第二微带线5、第三微带线6、第四微带线7构成十字结构，第二微带线5的外侧端设置有通孔8，第二微带线5通过通孔8与介质基板1底部的覆铜连接。
29.其中，四频低损耗负群时延微波电路的实现条件为：
30.第一耦合线3与微带传输线2耦合，得到第一中心频率，第一耦合线3的长度为第一中心频率对应波长的四分之一；第一耦合线3和第三微带线6耦合，得到第二中心频率；第二微带线5通过第一通孔8接地，产生的谐振频率为第三中心频率；第四微带线7产生的谐振频率为第四中心频率。通过调节各个微带线和耦合线的长度，可以调节四个中心频率的值以及群时延的大小，以获得所预期的性能。
31.图2是本发明四频段负群时延微波电路的具体实例尺寸图，使用的介质基板材料为fr4，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，各个部位的实际尺寸如下：
[0032][0033]
如图3-5所示为本发明四频段负群时延微波电路的性能仿真结果示意图，本发明所设计的四个频段及试验结果分别为：
[0034]
第一工作频段中心频率为1.586ghz，群时延值为-1.6366ns，带宽为26.5mhz，中心频率所对应的回波损耗为-15.1db，插入损耗为-2.31db。
[0035]
第二工作频段中心频率为2.437ghz，群时延值为-1.4944ns，带宽为44.9mhz，中心频率所对应的回波损耗为-11.1db，插入损耗为-3.71db。
[0036]
第三工作频段中心频率为3.262ghz，群时延值为-0.6957ns，带宽为51.6mhz，中心频率所对应的回波损耗为-12.45db，插入损耗为-3.30db。
[0037]
第四工作频段中心频率为3.966ghz，群时延值为-0.5639ns，带宽为56.0mhz，中心频率所对应的回波损耗为-12.40db，插入损耗为-3.52db。
[0038]
以上结果说明了本发明能在四个频段内实现负群时延特性，同时插入损耗低，具有良好的端口匹配性，且每个频段均拥有较大的带宽，性能较为良好。
[0039]
图6-图8是本发明四频段负群时延微波电路调节工作频带示意图，通过调节第一
微带线4、第二微带线5和第四微带线7的长度，可以对各个频段的中心频率和群时延的大小进行调节，根据实际需求得到相应的性能，具体调节方法如下：
[0040]
如图6所示，通过调节第一微带线4的长度l4，可以改变第二工作频带和第四工作频带的中心频率以及群时延的值，其他工作频带的中心频率和群时延值影响较小。当l4的值从6mm增加到10mm时，第二工作频段的中心频率从2.347ghz变化到2.252ghz，群时延的值从-1.4844ns变化到-0.7030ns。第四工作频带的中心频率从3.966ghz变化到3.762ghz，群时延的值从-0.5639ns变化到-0.1822ns。
[0041]
如图7所示，通过调节第二微带线5的长度l5，可以改变第一工作频带、第三工作频带和第四工作频带的中心频率以及群时延的值，其他工作频带的中心频率和群时延值影响较小。当l5的值从6mm减小到3mm时，第一工作频段的中心频率从1.586ghz变化到1.771ghz，群时延的值从-1.6366ns变化到-0.5012ns。第三工作频段的中心频率从3.262ghz变化到3.561ghz，群时延的值从-0.6957ns变化到-0.4697ns。第四工作频带的中心频率从3.966ghz变化到4.094ghz，群时延的值从-0.5639ns变化到-0.6375ns。
[0042]
如图8所示，通过调节第四微带线7的长度l7，可以改变第三工作频带和第四工作频带的中心频率和群时延的值，其他工作频带的中心频率和群时延值影响较小。当l7的值从4mm增加到8mm时，第三工作频段的中心频率从3.468ghz变化到3.056ghz，群时延的值从-0.889ns变化到-0.5985ns。第四工作频带的中心频率从4.230ghz变化到3.845ghz，群时延的值从-0.9288ns变化到-0.4393ns。
[0043]
综上所述，本发明四频段负群时延微波电路实现了四频负群时延特性，并且具有插入损耗小，电路结构简单，尺寸小，端口匹配性好等特点，且四个频段均可调节，非常适合应用于各类射频微波通信系统中，解决通信系统中的时延问题。
[0044]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。