一种基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器制造技术

本实用新型专利技术公开的基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器由一条均匀微波介质材料制作的微波传输线和ｎ条人工电磁结构制作的复合传输线并列构成，每条人工电磁结构制作的复合传输线由ｍ个人工电磁结构单元串联而成。所说的人工电磁结构单元是两个相连的阻抗单元和连接在两个阻抗单元接点处的导纳单元构成的Ｔ形电路，或者是由一个阻抗单元和一个导纳单元串联构成。本实用新型专利技术的人工电磁结构复合传输线的差分相移器具有：可以获得很宽的工作频带，低的插入损耗，任意度数的差分相移的优点。同时采用电感、电容等元件，结构简单，尺寸紧凑，制作成本低。实验表明本实用新型专利技术的差分相移器在很宽频带范围内具有良好的性能。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种差分相移器，尤其是基于人工电磁结构复合传输线的差 分相移器。技术背景差分相移器是微波网络中重要的多端口器件之一，它的功能是对给定的同相 位的两路或多路输入信号，分别通过相移器的各条信号传输支路(臂)进行移 相，从而使得各路输出的信号之间存在固定的相位差。目前差分相移器被广泛的 应用于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。当前实用的差分相移器有多种形式，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，所谓的传统传输线是均匀微波介质材料制作的传 输线，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。还有一种应用的比较多的是由美国学者谢夫曼(Schiffman)提出来的，利用有一端接通的耦合双线来构成信号传输臂的 谢夫曼相移器。这种相移器也能获得较大的差分带宽，但是由于耦合双线的存 在，需要精心设计来达到阻抗匹配从而获得较小的插入损耗，制作相对复杂且本 身尺寸较大。工作频带，插入损耗，尺寸，结构复杂性是设计和制作一个好的差分相移器 必须要考虑的因素。为了提高差分相移器的性能，縮小器件的尺寸，不少学者推 出了一些方法对基本的谢夫曼相移器进行改进，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。
技术实现思路
本技术的目的是为克服现有差分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、成 本低的基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器。本技术的基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器由一条均匀微波介 质材料制作的微波传输线和n条人工电磁结构制作的复合传输线并列构成，ri=l ，2，…正整数，每条人工电磁结构制作的复合传输线由m个人工电磁结构单元串 联而成，m-l， 2，…正整数。本技术中的人工电磁结构单元可以是由两个相连的阻抗单元和连接在两 个阻抗单元接点处的导纳单元构成的T形电路，其中，阻抗单元由第一电感和第 一电容串联构成，导纳单元由第二电感和第二电容串联构成。人工电磁结构单元或者也可以由一个阻抗单元和一个导纳单元串联而成，其 中，阻抗单元由第三电感和第三电容串联构成，导纳单元由第四电感和第四电容 串联构成。上述的人工电磁结构单元中的电容和电感可以是集总式的电容和电感，或者 是半集总式的电容和电感，或者是分布式的电容和电感。本技术中所说的均匀微波介质材料制作的微波传输线可以采用微带线， 悬置微带线，耦合微带线，共面波导，共面微带线，同轴线，矩形波导或圆波导。本技术的人工电磁结构复合传输线的差分相移器具有以下优点可以获 得很宽的工作频带，低的插入损耗，任意度数的差分相移。同时采用电感、电容 等元件，结构简单，尺寸紧凑，制作成本低。实验表明本技术的差分相移器 在很宽频带范围内具有良好的性能。附图说明图l是基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器的构成示意图； 图2是一种人工电磁结构单元的示意图； 图3是另一种人工电磁结构单元的示意图；图4是微波传输线和人工电磁结构复合传输线的相位响应示意图； 图5是人工电磁结构复合传输线的传输特性曲线示意图；图6是信号经过微波传输线和人工电磁结构复合传输线后的相位差示意图。具体实施方式以下结合附图进一步说明本技术。参照图1，本技术的基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器由一条 均匀微波介质材料制作的微波传输线1和n条人工电磁结构制作的复合传输线2 并列构成，n=l， 2，…正整数，每条人工电磁结构制作的复合传输线由m个人工 电磁结构单元串联而成，m=l， 2，…正整数。人工电磁结构单元可以如图2所示，由两个相连的阻抗单元Z和连接在两个阻抗单元Z接点处的导纳单元G构成的T形电路，其中，阻抗单元Z由第一电感L1 和第一电容C1串联构成，导纳单元G由第二电感L2和第二电容C2串联构成。人工电磁结构单元或者也可以如图3所示，由一个阻抗单元Z和一个导纳单 元G串联而成，其中，阻抗单元Z由第三电感L3和第三电容C3串联构成，导纳 单元G由第四电感L4和第四电容C4串联构成。所说的均匀微波介质材料制作的微波传输线可以采用微带线，悬置微带线， 耦合微带线，共面波导，共面微带线，同轴线，矩形波导或圆波导。这种传统的微波传输线的传播常数为e，电长度为e。设微波传输线的信号输入端口为端口 1，微波传输线的信号输出端口为端口 2，人工电磁结构制作的复合传输线的信号输入端口为端口(2n+l),人工电磁结构制作的复合传输线的信号输出端口为端口 2(n+l)。输入信号经过微波传输线后获得的相移定义为尸。，经过其他人工电磁结构复 合传输线后获得的相移分别定义为A，尸2，……，户 ，则输入信号经过第/条传 输线后的相移《和经过第/条传输线后的相移P,.之间的差值定义为差分相移A/) (^1,2,…，n)，艮P通过对微波传输线选择合适的传播常数e和电长度e ，对人工电磁结构复合 传输线选择合适的单元个数以及合适的电容、电感元件值，可以灵活的设计出在 很宽的频带范围内具有固定相移差的高性能差分相移器。基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器的设计实例设计一个在4GHz 到8GHz范围内具有90度相移差的两路差分相移器。差分相移器由一条微波传输 线和 一条人工电磁结构制作的复合传输线并列构成，其中人工电磁结构制作的复 合传输线采用图3的结构单元来实现。考虑损耗等因素，选择人工电磁结构单元的个数为6，第三电感L3二0.43nH，第 三电容C3二3.6pF，第四电感L4二2.3nH和第四电容C4-0.07pF，选择微波传输 线的传播常数0=1，电长度9=25.83° /GHz。信号经过微波传输线和人工电磁 结构复合传输线的相位响应如图4所示。在整个工作频段内，信号经过人工电磁 结构复合传输线时具有很小的插入损耗，其传输特性曲线如图5所示。信号经过 微波传输线和人工电磁结构复合传输线两条支路后的差分相移如图6所示，由图 可见，在工作频段内，该差分相移始终保持在90°左右，上下波动不超过5。。权利要求1.一种基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器，其特征在于它由一条均匀微波介质材料制作的微波传输线(1)和n条人工电磁结构制作的复合传输线(2)并列构成，n＝1，2，…正整数，每条人工电磁结构制作的复合传输线由m个人工电磁结构单元(3)串联而成，m＝1，2，…正整数。2. 根据权利要求1所述的基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器，其特 征在于所说的人工电磁结构单元是由两个相连的阻抗单元(Z)和连接在两个阻抗单 元(Z)接点处的导纳单元(G)构成的T形电路，其中，阻抗单元(Z)由第一电感(L1) 和第-,容(C1)串联构成，导纳单元(G)由第二电感(L2)和第二电容(C2)串联构 成。3. 根据权利要求2所述的基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器，其特 征在于所说的电容和电感是集总式的电容和电感，或者是半集总式的电容和电 感，或者是分布式的电容和电感。4. 根据权利要求1所述的基于人工电磁结构复合传输线的差分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工电磁结构复合传输线的差分相移器，其特征在于它由一条均匀微波介质材料制作的微波传输线（１）和ｎ条人工电磁结构制作的复合传输线（２）并列构成，ｎ＝１，２，…正整数，每条人工电磁结构制作的复合传输线由ｍ个人工电磁结构单元（３）串联而成，ｍ＝１，２，…正整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张巧利，胡鑫，熊江，邹勇卓，何赛灵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]