一种水母形低损耗负群时延电路及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种水母形低损耗负群时延电路及实现方法，由在FR4基板上镀铜的耦合微带线CL和镀铜的微带线TL组成；所述耦合微带线CL由微带连接线IL

A jellyfish shaped low loss negative group delay circuit and its implementation

【技术实现步骤摘要】
一种水母形低损耗负群时延电路及实现方法
本专利技术涉及负群时延电路及实现方法，尤其涉及一种水母形低损耗负群时延电路及实现方法。
技术介绍
为了满足公众和工业的需求，现代印刷电路板(PCB)的集成度和电气连接的复杂性不断增加。现代PCB分析需要对信号完整性(SI)和电磁兼容性(EMC)现象有深入的研究。由于电磁干扰和耦合的不良影响，SI和EMC预测是分析PCB连接问题的关键点。现有采用的计算求解器的方法过程耗时，不能对现代PCB连接问题进行完全分析。例如，由于全波网格计算，连接传播时延的主要原因未明确说明。因此，仍然需要运用基于传输线(TL)理论的分析方法。现阶段，最流行的连接时延估计是基于Elmore和Wyatt模型，该TL模型基于一阶集总RC网络，使用RC模型快速估计连接线的传播时延、优化连接线的大小和连接线的主要时延。由于TL集总的RC模型呈现出高达30％的传播时延相对误差，研究人员分析提出包括电感效应在内的更精确的TL集总RLC模型。利用RLC方法来统一PCB连接时延模型，建立了计算连接时延的更精确的代数方程。尽管开发了集总的RC和RLC模型，但在更高的频率下仍需要对PCB连接进行更明确的分析研究。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种降低负群时延电路的损耗和反射、提高群时延的水母形低损耗负群时延电路。技术方案：本专利技术所述的水母形低损耗负群时延电路，由在FR4基板上镀铜的耦合微带线CL和镀铜的微带线TL组成；所述耦合微带线CL由微带连接线IL1、微带连接线IL2、微带连接线IL3组成的；所述微带线TL为半圆形；所述耦合微带线CL与微带线TL组成的结构为水母形状，且结构对称。所述的微带连接线IL1、微带连接线IL2、微带连接线IL3为并联结构，且微带线的长度为IL1＝IL2＝IL3。耦合微带线CL和微带线TL的镀铜宽度相同，所述宽度值可调。所述耦合微带线等效电路的端口4和端口6之间连接着一条微带传输线TL，端口1和端口2均是开路，端口3和4分别作为信号的输入和输出端口。本专利技术所述的水母形低损耗负群时延电路的实现方法，包括步骤如下：(1)推导出微带线的S(jω)参数矩阵，整个NGD电路的S参数矩阵；(2)由公式求出电路相位函数；(3)求出群时延函数τ(ω)；(4)采用ADS仿真软件对参数优化，确定电路各个参数的尺寸。所述步骤(1)根据电路等效模型，得到耦合线的S参数矩阵、NGD电路插入损耗S21和反射系数S11；所述步骤(3)中由群时延定义来求出群时延函数τ(ω)。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著效果如下：1、降低了负群时延电路的损耗和反射，提高群时延带宽和时延；2、根据实现方法，提供设计灵活的负群时延电路。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2中(a)为本专利技术的NGD电路原理图、(b)为本专利技术的NGD等效电路图；图3为本专利技术的NGD电路结构模型图；图4为本专利技术的NGD电路的群时延仿真结果示意图；图5为本专利技术的NGD电路的S11仿真结果示意图；图6为本专利技术的NGD电路的S21仿真结果示意图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。图2(a)为本专利技术的NGD电路原理图，图2(b)为本专利技术图2(a)电路的等效原理图。由图可知，该电路是由耦合微带线CL和微带传输线TL组成的。且该耦合线是由三条并联的微带线连接线IL1、IL2、IL3、组成的，且IL1＝IL2＝IL3,其中Zc和d1分别为连接线的特征阻抗和长度。耦合线的端口4和端口6之间连接着一条特征阻抗为Zc且长度为d2的微带传输线TL，耦合线的端口1和端口2分别是开路的，此外端口3和4分别作为信号的输入和输出端口。实现步骤如下：步骤一，由微带线的理论可知，微带传输线TL的S参数矩阵如下所示，且τ、a分别为信号在TL中的传输时延和传输损耗，w为角频率，j为复数单位，且j2＝-1。通过传输线TL的输入输出功率波可用下式来表示：另，耦合微带线的S参数矩阵可以通过下式来表示：且根据耦合线理论，我们可以定义端口1-3、1-5、2-4、2-6之间的耦合系数为ξ，端口1-2、3-4、5-6之间的传输系数为:由微波电路理论可知，由于该电路是一个对称的二端口网络，所以整个电路的S参数可作如下表示：且通过等式(1)-(7)，可知步骤二，传输相位的频率相关表达式：根据式(9)传输相位可以改写为：步骤三，根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：根据公式(11)、(12)、(13)、(14)可得电路的群时延τ(ω)：步骤四，图1为本专利技术的结构示意图，并且该电路结构是对称结构。图3为本专利技术的NGD电路ADS模型，采用了FR4板材，该板材的厚度是1.6mm，尺寸是31mm*48mm，介电常数是4.4，正切损耗角为0.02，且铜厚为0.035mm。利用仿真软件ADS对提出的电路进行仿真设计优化，可得到如表1所示的NGD电路基本参数尺寸：表1NGD电路基本参数尺寸图4为本专利技术的NGD电路的群时延仿真结果示意图；图5为本专利技术的NGD电路的S11仿真结果示意图；图6为本专利技术的NGD电路的S21仿真结果示意图基于ADS电磁仿真软件对该NGD电路在2.4～2.8GHz进行仿真。由ADS仿真示意图可知：该NGD电路工作于S频段，在中心频率2.59GHz时，电路的群时延约为-1.4ns，电路的损耗S21约为-2.7dB,电路的反射S11约为-14dB。由计算示意图可知：该NGD电路工作于S频段，在中心频率2.61GHz时，电路的群时延约为-0.7ns，电路的损耗S21约为-3.1dB,电路的反射S11约为-13dB。计算与仿真值基本符合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水母形低损耗负群时延电路，其特征在于：由在FR4基板上镀铜的耦合微带线CL和镀铜的微带线TL组成；所述耦合微带线CL由微带连接线IL

【技术特征摘要】
1.一种水母形低损耗负群时延电路，其特征在于：由在FR4基板上镀铜的耦合微带线CL和镀铜的微带线TL组成；所述耦合微带线CL由微带连接线IL1、微带连接线IL2、微带连接线IL3组成的；所述微带线TL为半圆形；所述耦合微带线CL与微带线TL组成的结构为水母形状，且结构对称。


2.根据权利要求1所述的水母形低损耗负群时延电路，其特征在于，所述的微带连接线IL1、微带连接线IL2、微带连接线IL3为并联结构，且微带线的长度为IL1＝IL2＝IL3。


3.根据权利要求1所述的水母形低损耗负群时延电路，其特征在于，耦合微带线CL和微带线TL的镀铜宽度相同，所述宽度值可调。


4.根据权利要求1所述的水母形低损耗负群时延电路，其特征在于，所述耦合线等效电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：万发雨，刘斌，李宁东，布莱斯，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32