一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法技术

技术编号:18915154 阅读:39 留言:0更新日期:2018-09-12 03:29
本发明专利技术一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法涉及射频器件设计,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。包括如下步骤:建立移相器介质滑动电路传输线对应的全波仿真模型,仿真出传输线周围的电磁场强分布;根据电磁场强分布情况和移相器宽度以及输出端口特征阻抗确定介质移动端传输线中心线的线宽w;在电路仿真软件中建立无介质板覆盖时的特征阻抗Z0和有介质板覆盖时的特征阻抗Z1之间阻抗匹配电路;在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型;在全波软件中对步骤4中的介质段的参数继续微调优化,从而使得输入端的驻波比达到小于S的目的。

A fast design method for miniaturized impedance matching circuit of wideband dielectric phase shifter

The invention relates to the design of radio frequency device, and can be applied to the design of broadband feed network and phase shifter circuit structure of mobile communication antenna. It includes the following steps: establishing the full-wave simulation model of the transmission line of the phase shifter dielectric sliding circuit, simulating the electromagnetic field intensity distribution around the transmission line; determining the line width W of the transmission line center line of the dielectric moving end according to the distribution of the electromagnetic field intensity, the width of the phase shifter and the characteristic impedance of the output port; constructing the circuit simulation software. The impedance matching circuit between the characteristic impedance Z0 without dielectric plate covering and the characteristic impedance Z1 with dielectric plate covering is established; the corresponding three-dimensional model of the characteristic impedance is established in the full-wave simulation software; and the parameters of the medium section in step 4 are further fine-tuned and optimized in the full-wave software, so that the standing wave ratio of the input is less than S. Objective.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法
本专利技术一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法涉及射频器件设计,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。
技术介绍
移相器是移动通信电调天线实现垂直方向波束指向调节的重要器件,而介质移相器则是移动通信电调天线移相器的一种重要形式,具有的插入损耗小、可靠性高和性能稳定等优点。介质移相器通过介质板在电路传输线上进行滑动达到改变电路中的等效介电常数进而改变输出端口相位的目的。在介质移相器介质板滑动电路上的阻抗匹配对于移相器输入端驻波比、各端口输出功率比、幅度离散度等性能参数具有重要影响。在现有移相器设计文献中,没有给出详细的移相器电路阻抗匹配的详细设计方法。现有文献资料中通常直接通过全波软件进行建模仿真和优化,设计效率较低且很难得到较优的匹配效果。现有文献资料中介质移相器阻抗匹配设计方法效率偏低,且设计电路很难得到较好的阻抗匹配效果,会导致移相器输入端回波损耗(驻波比)偏高、各端口输出功率比稳定度差和相位离散度高的缺点,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小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,通过本方法可以快速实现介质移动路径上传输线电路阻抗的良好匹配,从而提高移相器的输入端口驻波比、插入损耗、端口输出功率比和相位离散度等关键性能指标,并且能够有效地提高移相器尺寸设计效率。本专利技术是采取以下技术方案实现的:一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,包括如下步骤:1)建立移相器介质滑动电路传输线对应的全波仿真模型,仿真出传输线周围的电磁场强分布;2)根据电磁场强分布情况和移相器宽度以及输出端口特征阻抗确定介质移动端传输线中心线的线宽w;3)在电路仿真软件中建立无介质板覆盖时的特征阻抗Z0和有介质板覆盖时的特征阻抗Z1之间阻抗匹配电路;4)在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型;5)在全波软件中对步骤4中的介质段的参数继续微调优化,从而使得输入端的驻波比达到小于S的目的。步骤2)中确定介质移动端传输线中心线的线宽w的条件如下:2.1)两条传输线中心线之间的间隔的确定原则是,其中一条传输线的电磁场强分布在另一条传输线位置处的场强小于该传输线最强场强的M分之一,M通常取5~10之间;2.2)传输线中心线宽度为w时,对应的Z0和Z1与端口特征阻抗之间的比例为1/k~k,k的取值应尽量接近1,通常应小于2;其中Z0表示无介质板覆盖时的特征阻抗,Z1表示有介质板覆盖时的特征阻抗。所述步骤3)建立阻抗匹配电路的具体步骤如下:3.1)分别建立两个电路端口,两个端口处对应的特征阻抗分别为Z0和Z1;3.2)在端口之间插入阻抗匹配传输线阻抗元件,元件数量m取决于Z0和Z1之间的比值;3.3)首先将m取值为2,这两个阻抗匹配元件的的特征阻抗取值范围均小于Z0大于Z1,电长度均大于0°小于90°,通常从距离阻抗为Z0端口处开始第奇数个元件特征阻抗均取为Z1,偶数个阻抗均取为Z2,其中,Z2大于Z1小于Z0;3.4)将上述阻抗匹配元件的电长度和特征阻抗Z2设为变量进行优化,使得驻波比小于S,得到相应的优化结果{L_m_i和Z2,i=1,2,…,m};3.5)如果在步骤3.4)中得不到理想结果,则增大m值,重新进入步骤3.4)。步骤3.4)中S通常取-30dB。所述步骤4)在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型,包括如下步骤:4.1)通过对介质板进行挖孔或者变薄,并进行相应挖孔或介质板厚度参数的参数扫描;4.2)根据步骤3)中的电路阻抗匹配值得到相应介质段的初始参数值。所述步骤4.2)中采用介质挖孔的方法来改变特征阻抗。本专利技术的有益技术效果如下:1)根据步骤1和步骤2,通过观察场强分布控制传输线间隔可以有效地消除相邻传输线之间的电磁耦合作用,从而使得阻抗匹配结果更加稳定;2)根据步骤2,通过控制无介质板覆盖是的特征阻抗Z0和有介质板覆盖时的特征阻抗Z1与端口特征阻抗之间的比例从而使得阻抗匹配更加容易,从而减少匹配段的长度,进而减少移相器尺寸;3)根据步骤3中利用电路模型进行优化,优化速度很快,且通过逐步增加匹配电路元件数量可以较好地控制电路尺寸;4)根据步骤4、5,全部仿真软件利用电路模型值对应的参数作为优化初值,能够有效地提高匹配速度且达到很好的阻抗匹配效果。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是移相器阻抗匹配仿真优化电路图,图中阻抗匹配电路元件数为4;图2是移相器阻抗匹配仿真三维模型图,图中分4段进行阻抗匹配。具体实施方式参照附图1~2,本专利技术一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,包括如下步骤:1)建立移相器介质滑动电路传输线对应的全波仿真模型,仿真出传输线周围的电磁场强分布;2)根据电磁场强分布情况和移相器宽度以及输出端口特征阻抗确定介质移动端传输线中心线的线宽w;3)在电路仿真软件中建立无介质板覆盖时的特征阻抗Z0和有介质板覆盖时的特征阻抗Z1之间阻抗匹配电路;4)在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型;5)在全波软件中对步骤4中的介质段的参数继续微调优化,从而使得输入端的驻波比达到小于S的目的。步骤2)中确定介质移动端传输线中心线的线宽w的条件如下:2.1)两条传输线中心线之间的间隔的确定原则是,其中一条传输线的电磁场强分布在另一条传输线位置处的场强小于该传输线最强场强的M分之一,M通常取5~10之间;2.2)传输线中心线宽度为w时,对应的Z0和Z1与端口特征阻抗之间的比例为1/k~k,k的取值应尽量接近1,通常应小于2;其中Z0表示无介质板覆盖时的特征阻抗,Z1表示有介质板覆盖时的特征阻抗。所述步骤3)建立阻抗匹配电路的具体步骤如下:3.1)分别建立两个电路端口,两个端口处对应的特征阻抗分别为Z0和Z1;3.2)在端口之间插入阻抗匹配传输线阻抗元件,元件数量m取决于Z0和Z1之间的比值;3.3)首先将m取值为2,这两个阻抗匹配元件的的特征阻抗取值范围均小于Z0大于Z1,电长度均大于0°小于90°,通常从距离阻抗为Z0端口处开始第奇数个元件特征阻抗均取为Z1,偶数个阻抗均取为Z2,其中,Z2大于Z1小于Z0;3.4)将上述阻抗匹配元件的电长度和特征阻抗Z2设为变量进行优化,使得驻波比小于S(S通常取-30dB),得到相应的优化结果{L_m_i和Z2,i=1,2,…,m};3.5)如果在步骤3.4)中得不到理想结果,则增大m值,重新进入步骤3.4)。所述步骤4)在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型,包括如下步骤:4.1)通过对介质板进行挖孔或者变薄,并进行相应挖孔或介质板厚度参数的参数扫描;4.2)根据步骤3)中的电路阻抗匹配值得到相应介质段的初始参数值。通过本方法可以快速实现介质移动路径上传输线电路阻抗的良好匹配,从而提高移相器的输入端口驻波比、插入损耗、端口输出功率比和相位离散度等关键性能指标,并且能够有效地提高移相器尺寸设计效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,其特征在于,包括如下步骤:1)建立移相器介质滑动电路传输线对应的全波仿真模型,仿真出传输线周围的电磁场强分布;2)根据电磁场强分布情况和移相器宽度以及输出端口特征阻抗确定介质移动端传输线中心线的线宽w;3)在电路仿真软件中建立无介质板覆盖时的特征阻抗Z0和有介质板覆盖时的特征阻抗Z1之间阻抗匹配电路;4)在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型;5)在全波软件中对步骤4中的介质段的参数继续微调优化,从而使得输入端的驻波比达到小于S的目的。

【技术特征摘要】
1.一种小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,其特征在于,包括如下步骤:1)建立移相器介质滑动电路传输线对应的全波仿真模型,仿真出传输线周围的电磁场强分布;2)根据电磁场强分布情况和移相器宽度以及输出端口特征阻抗确定介质移动端传输线中心线的线宽w;3)在电路仿真软件中建立无介质板覆盖时的特征阻抗Z0和有介质板覆盖时的特征阻抗Z1之间阻抗匹配电路;4)在全波仿真软件中建立相应特征阻抗的三维模型;5)在全波软件中对步骤4中的介质段的参数继续微调优化,从而使得输入端的驻波比达到小于S的目的。2.根据权利要求1所述的小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,其特征在于,步骤2)中确定介质移动端传输线中心线的线宽w的条件如下:2.1)两条传输线中心线之间的间隔的确定原则是,其中一条传输线的电磁场强分布在另一条传输线位置处的场强小于该传输线最强场强的M分之一,M取5~10之间;2.2)传输线中心线宽度为w时,对应的Z0和Z1与端口特征阻抗之间的比例为1/k~k,k的取值应尽量接近1,通常应小于2;其中Z0表示无介质板覆盖时的特征阻抗,Z1表示有介质板覆盖时的特征阻抗。3.根据权利要求1所述的小型化宽频介质移相器阻抗匹配电路快速设计方法,其特征在于,所述步骤3)建立阻抗匹配电路的具体步骤如下:3.1)分别建立两...

【专利技术属性】
技术研发人员:丁建军张闪光蒋鹏飞刘志清吴海龙
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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