一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法技术

技术编号:18668419 阅读:46 留言:0更新日期:2018-08-14 20:40
本发明专利技术涉及微波射频电路设计方法,尤其至一种可应用于移动通信天线的宽频带馈电网络及移相器电路结构设计中的宽频移相器功率分配电路结构设计方法。包括确定功率分配电路的初始输入端口阻抗Z_in和输出端口Z_out_i;优化得到工作频段范围内阻抗变换段的阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,其中,Z_in_m和L_in_m分别为Z_in_c与Z_in之间的阻抗变换段的阻抗和电长度;在全波仿真软件中建立在电路仿真软件中仿真结果电路的相应三维模型,对三维模型影响特征阻抗和电长度的参数进行参数扫描,得到对应三维模型参数集合;作为三维模型参数的初始值;通过全波仿真软件进行优化,从而得到功分电路三维模型的参数最终尺寸。

A design method of power allocation circuit for wideband phase shifter

The invention relates to a design method of microwave RF circuit, in particular to a design method of broadband phase shifter power distribution circuit structure which can be used in the design of broadband feeding network and phase shifter circuit structure of mobile communication antenna. It includes determining the initial input port impedance Z_in and output port Z_out_i of the power distribution circuit, optimizing the impedance Z_in_m, Z_out_m_i and the electrical length L_in_m, L_out_m_i of the impedance transformation section in the operating frequency range, where Z_in_m and L_in_m are the impedance and the electrical length of the impedance transformation section between Z_in_c and Z_in, respectively. The simulation software is based on the corresponding three-dimensional model of the simulation circuit in the circuit simulation software. The parameters of the three-dimensional model affecting the characteristic impedance and the electric length are scanned to obtain the corresponding set of three-dimensional model parameters; as the initial value of the three-dimensional model parameters; through the full-wave simulation software to optimize, so as to get the power points. The final size of the circuit's three-dimensional model parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法
本专利技术涉及微波射频电路设计方法,尤其至一种可应用于移动通信天线的宽频带馈电网络及移相器电路结构设计中的宽频移相器功率分配电路结构设计方法。
技术介绍
移相器是移动通信天线实现垂直方向波束指向动态调节的核心器件,其性能在很大程度上影响天线的增益、波束指向、上旁瓣抑制等关键指标。移相器中的功率分配电路设计是实现移相器宽频化关键技术之一,在很大程度上影响移相器的设计效率和移相器尺寸及性能参数。在现有移相器设计文献中,没有给出详细的功率分配电路结构设计方法,通常直接通过全波软件进行建模仿真,且实现低回波损耗(驻波比)时往往需要利用多级阻抗匹配电路进行阻抗匹配。设计效率偏低,且设计电路尺寸往往偏大,会导致移相器回波损耗(驻波比)偏高,进而影响天线的增益、波束指向、上旁瓣抑制等关键指标。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述不足之处提供一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法,通过电路仿真和全波仿真联合设计有效地提高了设计效率,通过控制功分电路输入和输出端口特征阻抗比例及设计阻抗匹配电路有效地减少了移相器的回波损耗(驻波比)和移相器尺寸。本专利技术是采取以下技术方案实现的:一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法,包括如下步骤:1)根据移相器功率分配电路的功率分配比例、连接输入端口的传输线的特征阻抗Z_in_c、以及连接输出端口i的传输线的特征阻抗Z_out_c_i,确定功率分配电路的初始输入端口阻抗Z_in和输出端口Z_out_i(其中的i为整数变量,它的值小于等于输出端口数n);具体包括,1-1)要求Z_in_c与Z_in的比例、Z_out_c_i与Z_out_i的比例属于区间[1/m,m],其中m值取决于带宽,m取值范围为(1,2];1-2)确定Z_in和Z_out_i根据功率分配比例、输入和输出阻抗之间的关系式1/Z_in=1/Z_out_1+…+1/Z_out_n和步骤1-1)中的原则确定;2)利用电路仿真软件中的优化功能来优化得到工作频段范围内阻抗变换段的阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,其中,Z_in_m和L_in_m分别为Z_in_c与Z_in之间的阻抗变换段的阻抗和电长度,Z_out_m_i和L_out_m_i分别为Z_out_c_i与Z_out_i之间的阻抗变换段的阻抗和电长度;电路仿真软件中的优化目标为回波损耗小于一定的值,待优化值为阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,;在所述电路仿真软件中只需建立输入和输出段的阻抗变换段的电路,无需建立Z_in和Z_out_i相应的电路;3)在全波仿真软件中建立步骤2)在电路仿真软件中仿真结果电路的相应三维模型,对三维模型影响特征阻抗和电长度的参数进行参数扫描,得到Z_in_m和Z_out_m_i及其电长度L_in_m和L_out_m_i对应的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j};4)将步骤3)得到的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j}作为三维模型参数的初始值;5)通过全波仿真软件对步骤4)得到的三维模型参数进行优化,优化目标为回波损耗小于一定的值,从而得到功分电路三维模型的参数最终尺寸。步骤1-1)中m取决于带宽,综合考虑所有对应取值尽量小,通常取2及以下,m的最佳值为Z_in_c与Z_in的比例等于Z_out_c_i与Z_out_i的比例时对应的值。本专利技术的有益技术效果如下:通过步骤1中的1)步骤可以保证只需一节四分之一波长阻抗匹配变换就可以达到阻抗匹配要求,从而有效减少了阻抗变化段的长度,进而缩小了移相器的尺寸;通过步骤2中建模时忽略Z_in和Z_out_i相应的电路,可以有效减少电路尺寸,进而缩小移相器尺寸;通过步骤2中的电路仿真优化,可以通过电路预测功分电路的频带响应特性,从而有效提高设计方案的设计效率,并且通过电路仿真可以为提高功分电路的回波损耗提供参考;通过步骤3中对三维模型参数进行参数扫描,可以有效地建立起电路模型和三维模型之间的联系,避免了三维仿真建模的盲目性,提高了三维仿真的效率;通过步骤4中利用集合{S_in_m_j,S_out_m_j}作为参数优化的初始值可以使得参数优化很快地收敛到最优参数值,从而提高仿真优化的效率。附图说明以下将结合附图对本专利技术作进一步说明:图1是移相器一分二功率分配仿真电路图;图2是移相器一分二功率分配仿真三维模型图。具体实施方式参照附图1~2,一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法,包括如下步骤:1)根据移相器功率分配电路的功率分配比例、连接输入端口的传输线的特征阻抗Z_in_c、以及连接输出端口i的传输线的特征阻抗Z_out_c_i,确定功率分配电路的初始输入端口阻抗Z_in和输出端口Z_out_i(其中的i为整数变量,它的值小于等于输出端口数n);具体包括,1-1)要求Z_in_c与Z_in的比例、Z_out_c_i与Z_out_i的比例属于区间[1/m,m],其中m值取决于带宽,m取值范围为(1,2];1-2)确定Z_in和Z_out_i根据功率分配比例、输入和输出阻抗之间的关系式1/Z_in=1/Z_out_1+…+1/Z_out_n和步骤1-1)中的原则确定;2)利用电路仿真软件中的优化功能来优化得到工作频段范围内阻抗变换段的阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,其中,Z_in_m和L_in_m分别为Z_in_c与Z_in之间的阻抗变换段的阻抗和电长度,Z_out_m_i和L_out_m_i分别为Z_out_c_i与Z_out_i之间的阻抗变换段的阻抗和电长度;电路仿真软件中的优化目标为回波损耗小于一定的值(通常取-40dB),待优化值为阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,;在所述电路仿真软件中只需建立输入和输出段的阻抗变换段的电路,无需建立Z_in和Z_out_i相应的电路;3)在全波仿真软件中建立步骤2)在电路仿真软件中仿真结果电路的相应三维模型,对三维模型影响特征阻抗和电长度的参数进行参数扫描,得到Z_in_m和Z_out_m_i及其电长度L_in_m和L_out_m_i对应的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j};4)将步骤3)得到的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j}作为三维模型参数的初始值;5)通过全波仿真软件对步骤4)得到的三维模型参数进行优化,优化目标为回波损耗小于一定的值(通常取-40dB),从而得到功分电路三维模型的参数最终尺寸。步骤1-1)中m取决于带宽,综合考虑所有对应取值尽量小,通常取2及以下,m的最佳值为Z_in_c与Z_in的比例等于Z_out_c_i与Z_out_i的比例之时的对应值。本专利技术方法通过电路仿真和全波仿真联合设计有效地提高了设计效率,通过控制功分电路输入和输出端口特征阻抗比例及设计阻抗匹配电路有效地减少了移相器的回波损耗(驻波比)和移相器尺寸。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法,其特征在于,包括如下步骤:1)根据移相器功率分配电路的功率分配比例、连接输入端口的传输线的特征阻抗Z_in_c、以及连接输出端口i的传输线的特征阻抗Z_out_c_i,确定功率分配电路的初始输入端口阻抗Z_in和输出端口Z_out_i;其中的i为整数变量,它的值小于等于输出端口数n;2)利用电路仿真软件中的优化功能来优化得到工作频段范围内阻抗变换段的阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,其中,Z_in_m和L_in_m分别为Z_in_c与Z_in之间的阻抗变换段的阻抗和电长度,Z_out_m_i和L_out_m_i分别为Z_out_c_i与Z_out_i之间的阻抗变换段的阻抗和电长度;3)在全波仿真软件中建立步骤2)在电路仿真软件中仿真结果电路的相应三维模型,对三维模型影响特征阻抗和电长度的参数进行参数扫描,得到Z_in_m和Z_out_m_i及其电长度L_in_m和L_out_m_i对应的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j};4)将步骤3)得到的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j}作为三维模型参数的初始值;5)通过全波仿真软件对步骤4)得到的三维模型参数进行优化,优化目标为回波损耗小于一定的值,从而得到功分电路三维模型的参数最终尺寸。...

【技术特征摘要】
1.一种宽频移相器功率分配电路结构设计方法,其特征在于,包括如下步骤:1)根据移相器功率分配电路的功率分配比例、连接输入端口的传输线的特征阻抗Z_in_c、以及连接输出端口i的传输线的特征阻抗Z_out_c_i,确定功率分配电路的初始输入端口阻抗Z_in和输出端口Z_out_i;其中的i为整数变量,它的值小于等于输出端口数n;2)利用电路仿真软件中的优化功能来优化得到工作频段范围内阻抗变换段的阻抗Z_in_m、Z_out_m_i和电长度L_in_m、L_out_m_i,其中,Z_in_m和L_in_m分别为Z_in_c与Z_in之间的阻抗变换段的阻抗和电长度,Z_out_m_i和L_out_m_i分别为Z_out_c_i与Z_out_i之间的阻抗变换段的阻抗和电长度;3)在全波仿真软件中建立步骤2)在电路仿真软件中仿真结果电路的相应三维模型,对三维模型影响特征阻抗和电长度的参数进行参数扫描,得到Z_in_m和Z_out_m_i及其电长度L_in_m和L_out_m_i对应的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j};4)将步骤3)得到的三维模型参数集合{S_in_m_j,S_out_m_j}作为三维模型参数的初始值;5)通过全波仿真软件对步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁建军徐翠王学仁郑朝义顾晓凤袁宏伟
申请(专利权)人:中天宽带技术有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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