一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路
阅读说明：本技术 一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路 (Broadband negative group delay microwave circuit with flat group delay characteristic ) 是由 王钟葆 孟雨薇 邵特 房少军 刘宏梅 于 2019-11-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路,包括：并联单元、微带线、匹配电阻、输入端口和输出端口；其中,所述并联单元包括吸收电阻、第一传输线、第二传输线、第三传输线和第四传输线；所述微带线包括位于所述并联单元两侧的输入微带线和输出微带线；所述输入端口通过匹配电阻与输出端口连接构成上支路；所述输入端口连接所述输入微带线与所述并联单元并联后与所述输出微带线连接,最后与所述输出端口连接构成下支路。所述并联单元由所述吸收电阻经所述第一传输线与所述第二传输线串联,之后与所述第三传输线和所述第四传输线并联后的结构相连接构成。(The invention discloses a broadband negative group delay microwave circuit with flat group delay characteristic, comprising: the device comprises a parallel unit, a microstrip line, a matching resistor, an input port and an output port; the parallel unit comprises an absorption resistor, a first transmission line, a second transmission line, a third transmission line and a fourth transmission line; the microstrip lines comprise an input microstrip line and an output microstrip line which are positioned on two sides of the parallel unit; the input port is connected with the output port through a matching resistor to form an upper branch circuit; the input port is connected with the input microstrip line, connected with the parallel unit in parallel, connected with the output microstrip line, and finally connected with the output port to form a lower branch. The parallel unit is formed by connecting a structure that the absorption resistor is connected with the second transmission line in series through the first transmission line and then connected with the third transmission line and the fourth transmission line in parallel.)
技术领域
本发明涉及一种微波电路，具体为一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路。
背景技术
群速是信号包络的速度，如果信号所通过媒质的折射率以及其对频率的导数为负，那么群速和群时延就可能为负值。换句话说，负群时延现象可以在吸收线或存在信号衰减的媒质中产生。因此，为了实现负群时延特性，许多学者使用了RLC谐振电路并且应用到了很多领域。例如，具有负群时延特性的RLC谐振电路被用在放大器中，实现了时延线的缩短，效率的提高，波动时延的均衡等。除此之外，具有负群时延特性的RLC谐振电路还被应用与移相器、天线阵等领域以改善时延性能，增加带宽。
但集总元件的频率依赖性限制了负群时延电路的应用，因而产生了许多基于分布参数并结合电阻的负群时延电路，但这种电路衰减较大。因此，基于放大器的有源负群时延电路应运而生，但由于其电路参数复杂，不利于设计。之后又产生了许多低损耗无源负群时延电路。但是这些电路群时延值并不平坦，无法满足实际应用的需求。为了得到平坦的负群时延特性，有学者提出将两个工作在不同频率的负群时延电路级联在一起，但这种方式所实现的带宽较窄，衰减很大。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路，包括：并联单元、微带线、匹配电阻、输入端口和输出端口；其中，所述并联单元包括吸收电阻、第一传输线、第二传输线、第三传输线和第四传输线；所述微带线包括位于所述并联单元两侧的输入微带线和输出微带线；
所述吸收电阻的阻值为r1、所述第一传输线的特性阻抗为Z1、所述第二传输线的特性阻抗为Z2、所述第三传输线的特性阻抗为Z3、所述第四传输线的特性阻抗为Z4、所述输入微带线和输出微带线的特性阻抗为Z5、所述匹配电阻的阻值为r2；
所述输入端口通过匹配电阻与输出端口连接构成上支路；
所述输入端口连接所述输入微带线与所述并联单元并联后与所述输出微带线连接，最后与所述输出端口连接构成下支路。
进一步的，所述的一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路，其特征在于：
所述并联单元由所述吸收电阻经所述第一传输线与所述第二传输线串联，之后与所述第三传输线和所述第四传输线并联后的结构相连接构成。
作为优选的方式：该电路的宽带平坦负群时延实现条件为，所述第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、输入微带线和输出微带线的长度都为中心频率所对应波长的四分之一。
作为优选的方式：通过改变所述第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、输入微带线和输出微带线的特性阻抗，可以调节群时延的平坦度以及负群时延带宽。
进一步的，
电路的传输系数为：
群时延为：
进一步的，内部参数如下：
X1＝(a3-a1)Z0 (3)
X2＝(a1+Z0)(a3+Z0)-a2a4 (4)
X3＝(a4-a2)Z0 (5)
X4＝a2(a3+Z0)+a4(a1+Z0) (6)
X1′＝(a3′-a1′)Z0 (7)
X2′＝a3′(a1+Z0)+a1′(a3+Z0)-a2′a4-a2a4′ (8)
X3′＝(a4′-a2′)Z0 (9)
X4′＝a2′(a3+Z0)+a4′(a1+Z0)-a1′a4-a2a3′ (10)
进一步的，内部参数如下：
进一步的，内部参数如下：
P′＝P1′-P2′ (20)
进一步的，内部参数如下：
与现有技术相比，本发明的有益效果：
为了在实现宽带负群时延微波电路的同时，解决***损耗过大、输入输出端口匹配性能差、负群时延带宽内群时延值波动较大、平坦群时延带宽不够宽等问题，本发明提供了一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路，该新型宽带负群时延微波电路能够实现宽带平坦负群时延特性，而且具有***损耗适中，群时延波动小以及输入输出端口良好匹配等特点。
附图说明
图1是本发明一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路的原理图；
图2是本发明一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路的群时延曲线图；
图3是本发明一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路的S参数曲线图；
图中：1、并联单元，11、吸收电阻，12、第一传输线，13、第二传输线，14、第三传输线，15、第四传输线，2、微带线，21、输入微带线，22、输出微带线，3、匹配电阻，4、输入端口，5、输出端口。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路，包括：并联单元1、微带线2、匹配电阻3、输入端口4和输出端口5；其中，所述并联单元1包括吸收电阻11、第一传输线12、第二传输线13、第三传输线14和第四传输线15；所述微带线2包括位于所述并联单元1两侧的输入微带线21和输出微带线22；
所述吸收电阻11阻值为r1、所述第一传输线12的特性阻抗为Z1、所述第二传输线13的特性阻抗为Z2、所述第三传输线14的特性阻抗为Z3、所述第四传输线15的特性阻抗为Z4、所述输入微带线21和输出微带线22的特性阻抗为Z5、所述匹配电阻3阻值为r2；
所述输入端口4通过匹配电阻3与输出端口5连接构成上支路；
所述输入端口4连接所述输入微带线21与所述并联单元1并联后与所述输出微带线22连接，最后与所述输出端口5连接构成下支路。
所述并联单元1由所述吸收电阻11经所述第一传输线12与所述第二传输线13串联，之后与所述第三传输线14和所述第四传输线15并联后结构相连接构成。
进一步的，宽带平坦负群时延实现条件为：所述第一传输线12、第二传输线13、第三传输线14、第四传输线15、输入微带线21和输出微带线22的长度都为中心频率所对应波长的四分之一。
通过改变所述第一传输线12、第二传输线13、第三传输线14、第四传输线15、输入微带线21和输出微带线22的特性阻抗，可以调节群时延的平坦度以及负群时延带宽。
进一步的，电路的传输系数为：
群时延为：
进一步的，内部参数如下：
X1＝(a3-a1)Z0 (3)
X2＝(a1+Z0)(a3+Z0)-a2a4 (4)
X3＝(a4-a2)Z0 (5)
X4＝a2(a3+Z0)+a4(a1+Z0) (6)
X1′＝(a3′-a1′)Z0 (7)
X2′＝a3′(a1+Z0)+a1′(a3+Z0)-a2′a4-a2a4′ (8)
X3′＝(a4′-a2′)Z0 (9)
X4′＝a2′(a3+Z0)+a4′(a1+Z0)-a1′a4-a2a3′ (10)
进一步的，内部参数如下：
进一步的，内部参数如下：
P′＝P1′-P2′ (20)
进一步的，内部参数如下：
为了对本发明所提供的一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路做进一步说明，下面以本发明技术方案为前提下进行实施的具体实例进行详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
具体实例：本实例列举了一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路在其中心工作频率为1.0GHz时的情况进行说明。如图2所示，本发明所述的具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路在中心频率1.0GHz处的群时延值为-0.5ns，在0.675GHz～1.351GHz的频率范围内，群时延均为负值；在0.776GHz～1.281GHz的频率范围内，群时延的波动为±5％，实现了宽带平坦负群时延特性。如图3所示，实验证明在1.0GHz频率处，本发明所述具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路的信号衰减为18.8dB，输入输出端口的回波损耗达到了31.8dB，并且在平坦群时延频率范围0.776GHz～1.281GHz内输入输出端口的回波损耗均大于20dB，在群时延为负值的0.675GHz～1.351GHz频率范围内输入输出端口的回波损耗大于15dB，说明输入输出端口在较宽的频率范围内获得了良好的匹配性能。
综上所述，本发明所述的一种具有平坦群时延特性的宽带负群时延微波电路实现了宽带平坦负群时延特性，并且衰减和时延波动较小，输入输出端口匹配良好，同时具有设计方法简单等特点，非常适合应用于各类射频微波系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。