小尺寸寬頻帶反相器

廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江大學(xué)深圳研究院 鐘催林

浙江大學(xué)深圳研究院 李振林

廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 曾潔瓊

1.引言

移相器是控制微波輸出相位的關(guān)鍵元件， 它能用于混合耦合器，陣列天線或其他設(shè)備。但是狹窄的帶寬限制了設(shè)備的性能。為了提高移相器的性能，許多學(xué)者把側(cè)重點(diǎn)放在增加帶寬。

通常移相器是兩端網(wǎng)絡(luò)，輸出與輸入之間的相位差在0o-360o之間。一些平面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu)的配置能夠改變相移，包括共平面形波導(dǎo)、槽線和微波傳輸帶槽線[1]. 文獻(xiàn)[2]–[4]提出, 共平面形波導(dǎo)(CPW)和共面波導(dǎo)(CPS)或槽線的結(jié)合能夠形成一個(gè)反相器，并且增加了頻帶，尺寸也減小，但是帶寬損耗比較大。這些設(shè)計(jì)類型，理論上，CPS直接交叉型反相器[5]似乎可以有無(wú)限頻帶的理想反相器。然而，這些反相器是被設(shè)計(jì)來(lái)匹配中心頻率，所以這種小尺寸反相器只能表現(xiàn)出很窄的頻帶。文獻(xiàn)[6]利用槽線設(shè)計(jì)反相器，但是輻射損耗很高，因?yàn)殚L(zhǎng)槽線和它的振幅不平衡比較高。而本文提出的移相器具有寬頻帶和低插入損耗。

2.反相器結(jié)構(gòu)

通過利用反相器的槽線終止于環(huán)線，能夠?qū)崿F(xiàn)逆相沿著微帶傳輸線，如 Fig. 1所示。這種反相器，通過兩個(gè)金屬洞，信號(hào)微帶傳輸線連接著上邊的槽線，另外的信號(hào)微波傳輸線著下邊的槽線。這里，微帶傳輸線交叉處開路通過 利用環(huán)狀短路短截線實(shí)現(xiàn)，該短路短截線是修改了傳統(tǒng)短路短截線結(jié)構(gòu)。單槽線反相器具有小尺寸和低輻射損耗的優(yōu)點(diǎn)，但是它的頻帶是相對(duì)受限制的。為了提高頻帶并且保持小尺寸，短路短截線結(jié)構(gòu)被修改為形成環(huán)狀終止或多槽線反相器，如Fig. 1所示。 它的規(guī)格如表格I所示。

Fig.1. Top view of the designed phase inverter

TABLE I PHYSICAL PARAMETERS IN MILLIMETERS OF PHASE INVERTER

因?yàn)殡p微帶傳輸線部分是對(duì)稱的、反極性的，并且是槽線饋入的，兩個(gè)不同邊的槽線部分有180°相位不同，因此信號(hào)反向發(fā)生在信號(hào)通過兩微帶傳輸線去槽線轉(zhuǎn)變時(shí) 。

兩連接槽線的微帶傳輸線的間隙寬度（g）如圖1所示是0.1mm。環(huán)狀的半徑是2mm。一組同軸測(cè)試夾具被用在實(shí)驗(yàn)裝置中。標(biāo)準(zhǔn)的TRL測(cè)量精度是使用HP8510C網(wǎng)絡(luò)分析儀。參考面設(shè)置在微帶傳輸線每個(gè)端口的中間，為了消除電路物理長(zhǎng)度產(chǎn)生的相移。

3.結(jié)果討論

為了確認(rèn)和驗(yàn)證我們提出的寬頻帶反相器，設(shè)計(jì)和測(cè)量在RT/Duroid 5870基質(zhì)上，它的介電常數(shù)εr=2.33，厚度0.79mm(Rogers)。本文設(shè)計(jì)的移相器將在頻率5GHz處實(shí)現(xiàn)。

測(cè)量頻率反應(yīng)的插入損耗、回波損耗和相位誤差如圖2、3所繪。從中可以看出，在頻率范圍3.1–6.9 GHz插入損耗小于1dB，有效帶寬小于±7o相移誤差。實(shí)驗(yàn)表明應(yīng)用槽線技術(shù)寬頻帶性能的反相器是容易實(shí)現(xiàn)的，并且電路是為寬頻帶小尺寸設(shè)備設(shè)計(jì)的。

Fig.2 S-parameters of phase inverter

Fig.3 Measured phase error of phase inverter

4.結(jié)論

本文展現(xiàn)了一種新的反相器，移相器終止于環(huán)狀，運(yùn)行在5GHz。反相器表明在插入損耗好于1dB的情況下多了100%頻帶，并且在設(shè)計(jì)頻率范圍內(nèi)（3.8 GHz-6.1 GHz）頻移小于±7o