专利名称：一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器的制作方法
技术领域：
本发明属于微波射频技术领域，涉及一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器。
背景技术：
零度相移器是微波和射频中重要的器件之一，目前零度相移器被广泛的应用于零阶谐振天线和级联功分器，微波混频网络和相控阵天线等微波和射频设备当中，在卫星通信、微波、毫米波无线通信领域中有着良好的应用。当前实用的零度相移器有多种形式，有的是通过各条信号传输臂采用不同长度的传统传输线来获得相位差，有的则是通过采用低通或高通滤波器来构成信号传输臂。这些相移器都存在工作频带窄，结构复杂，尺寸大等缺点。工作频带、插入损耗、尺寸和结构复杂性是设计和制作一个好的零度相移器必须要考虑的因素。为了提高零度相移器的性能，缩小器件的尺寸，不少学者推出了一些方法对基本的零度相移器进行改进，比如，增加耦合双线的节数、引入缺陷接地平面结构等来增强匹配、增大带宽等等，但仍然不能解决目前设计中存在的一些主要问题。
发明内容
本发明的目的是为设计更加紧凑和高效的微波、毫米波集成电路提供方便，克服现有零度相移器存在的工作频带不够宽，损耗大，结构复杂，尺寸大、制作不便等不足，提供一种宽带、低插损、尺寸紧凑、设计方便、成本低的基于具有负折射率传输线的零度相移器。本发明解决技术问题所采取的技术方案为
一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器包括第一运算放大器U1、第二运算放大器队、第三运算放大器U3、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻&、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻&、第六电阻&、第一微带传输线TL1、第二微带传输线TL2和电解电容C。第一运算放大器仏的负向输入端和第一电感L1的一端相连作为零度相移器的一个输入端，零度相移器的另一个输入端接地；
第一电感L1的另一端、第一电阻R1的一端与第一运算放大器仏的输出端连接，第一电阻R1的另一端、第二电阻&的一端与第一运算放大器仏的正向输入端连接；第二电阻&的另一端与第一微带传输线TL1的一端连接，第一微带传输线TL1的另一端分别与第二运算放大器队的负向输入端、第三电阻民的一端、第二微带传输线TL2的一端连接，第二运算放大器队的正向输入端分别与电解电容C的正端、第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端均与第二运算放大器U2的输出端连接，电解电容C的负端接地； 第二微带传输线TL2的另一端分别与第二电感L2的一端、第三运算放大器U3的负向输入端连接，第二电感L2的另一端、第五电阻&的一端均与第三运算放大器U3的输出端连接，第五电阻&的另一端、第六电阻&的一端与第三运算放大器U3的正向输入端连接。
第六电阻&的另一端作为零度相移器的一个输出端，零度相移器的另一个输出端接地。第一运算放大器仏的一个电源输入端接地、另一个电源输入端分别与第二电阻& 的另一端、第一微带传输线TL1的一端连接；第二运算放大器U2的两个电源输入端均接地； 第三运算放大器U3的一个电源输入端接地、另一个电源输入端与第六电阻&的另一端连接。本发明可以获得低的插入损耗，很宽的工作频带，通过对(、1 、1^和L2合理的取值来实现零度相移。同时采用电感、电容等组成网络，结构简单，设计方便，尺寸紧凑，制作成本低。
图1是本发明的结构示意图； 图2是本发明的等效变换示意图3是信号经过本发明后的相位差示意图； 图4是本发明的透射系数S21参数特性示意图； 图5是本发明的反射系数Sll参数特性示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，零度相移器包括零度相移器包括第一运算放大器仏、第二运算放大器 U2、第三运算放大器U3、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻&、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻&、第六电阻&、第一微带传输线TL1、第二微带传输线TL2和电解电容 C0第一运算放大器仏的负向输入端和第一电感L1的一端相连作为零度相移器的一个输入端，零度相移器的另一个输入端接地。第一电感！^的另一端、第一电阻R1的一端与第一运算放大器仏的输出端连接，第一电阻R1的另一端、第二电阻&的一端与第一运算放大器仏的正向输入端连接；第二电阻 R2的另一端与第一微带传输线TL1的一端连接，第一微带传输线TL1的另一端分别与第二运算放大器队的负向输入端、第三电阻民的一端、第二微带传输线TL2的一端连接，第二运算放大器U2的正向输入端分别与电解电容C的正端、第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端均与第二运算放大器队的输出端连接，电解电容C的负端接地；第二微带传输线TL2的另一端分别与第二电感L2的一端、第三运算放大器U3的负向输入端连接，第二电感L2的另一端、第五电阻&的一端均与第三运算放大器U3的输出端连接， 第五电阻&的另一端、第六电阻&的一端与第三运算放大器U3的正向输入端连接。第六电阻&的另一端作为零度相移器的一个输出端，零度相移器的另一个输出端接地。第一运算放大器仏的一个电源输入端接地、另一个电源输入端分别与第二电阻& 的另一端、第一微带传输线TL1的一端连接；第二运算放大器U2的两个电源输入端均接地； 第三运算放大器U3的一个电源输入端接地、另一个电源输入端与第六电阻&的另一端连接。如图2所示，零度相移器可以等效变换为由RpIi2、放大器仏和！^构成-L1串联电感，由R5、&、放大器U3和L2构成-L2串联电感，由R3、R4、放大器U2和C构成-C并联电容。然后与微带传输线TL1和TL2串联起来构成零度相移器。零度相移器基本工作原理为信号经过由传统微带传输线TL1和TL2获得的相移常数为 = ^LrzCn ,其中LTl和 Ctl为微带传输线TL1和TL2等效的电感和电容，信号经过由具有负折射率传输线获得的相移常数为(L1 = L2),总得有效相移为^jirzCiri - ω ^iL1C ,当传输
线TL1和TL2参数确定后，通过对C、R、L1和L2合理的取值来实现零度相移。如图3 所示，我们选择电阻 R1=R2=R3=K=K=Ii6=SO ，电感 L1=L2=S. 328ηΗ,电容 C=O. 626pF，微带传输线TL1和TL2线宽1. 39mm，长2. 46mm。信号经过复合传输线支路后的相位响应如图3中实线所示。可见在工作频段OGHz到5. 44GHz内，相移始终保持在0度左右，上下波动不超过5度。如图4所示，在工作频段OGHz到5. 44GHz内，信号经过复合传输线支路后，透射系数S21绝对值小于5dB，说明该零度相移器具有宽带、低插损的优点。如图5所示，在工作频段OGHz到5. 44GHz内，信号经过复合传输线支路后，反射系数Sll小于-15dB，说明该零度相移器损耗小的优点。
权利要求
1. 一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器，包括第一运算放大器U1、第二运算放大器队、第三运算放大器U3、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻&、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻&、第六电阻&、第一微带传输线TL1、第二微带传输线TL2 和电解电容C，其特征在于第一运算放大器仏的负向输入端和第一电感L1的一端相连作为零度相移器的一个输入端，零度相移器的另一个输入端接地；第一电感L1的另一端、第一电阻R1的一端与第一运算放大器仏的输出端连接，第一电阻R1的另一端、第二电阻&的一端与第一运算放大器仏的正向输入端连接；第二电阻&的另一端与第一微带传输线TL1的一端连接，第一微带传输线TL1的另一端分别与第二运算放大器队的负向输入端、第三电阻民的一端、第二微带传输线TL2的一端连接，第二运算放大器队的正向输入端分别与电解电容C的正端、第四电阻R4的一端连接，第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端均与第二运算放大器U2的输出端连接，电解电容C的负端接地； 第二微带传输线TL2的另一端分别与第二电感L2的一端、第三运算放大器U3的负向输入端连接，第二电感L2的另一端、第五电阻&的一端均与第三运算放大器U3的输出端连接，第五电阻&的另一端、第六电阻&的一端与第三运算放大器U3的正向输入端连接；第六电阻&的另一端作为零度相移器的一个输出端，零度相移器的另一个输出端接地；第一运算放大器仏的一个电源输入端接地、另一个电源输入端分别与第二电阻&的另一端、第一微带传输线TL1的一端连接；第二运算放大器队的两个电源输入端均接地；第三运算放大器U3的一个电源输入端接地、另一个电源输入端与第六电阻&的另一端连接。
全文摘要
本发明涉及一种基于具有负折射率传输线的新型宽带零度相移器。传统的相移器工作频带窄、结构复杂。本发明包括运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、电感L1、电感L2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、微带传输线TL1、微带传输线TL2和电解电容C。电阻R1、R2、放大器U1和电感L1构成-L1串联电感，由电阻R5、R6、放大器U3和电感L2构成-L2串联电感，由电阻R3、R4、放大器U2和电容C构成-C并联电容，然后与微带传输线TL1和TL2串联起来构成零度相移器。本发明可以获得低的插入损耗，很宽的工作频带。
文档编号H03H11/16GK102195613SQ20111007700
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者姚军, 崔江澎, 张巧利, 胡鑫 申请人:浙江大学