小尺寸寬頻帶反相器

廣東工貿職業技術學院 浙江大學深圳研究院 鐘催林

浙江大學深圳研究院 李振林

廣東工貿職業技術學院 曾潔瓊

1.引言

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

通常移相器是兩端網絡，輸出與輸入之間的相位差在0o-360o之間。一些平面傳輸線結構的配置能夠改變相移，包括共平面形波導、槽線和微波傳輸帶槽線[1]. 文獻[2]–[4]提出, 共平面形波導(CPW)和共面波導(CPS)或槽線的結合能夠形成一個反相器，并且增加了頻帶，尺寸也減小，但是帶寬損耗比較大。這些設計類型，理論上，CPS直接交叉型反相器[5]似乎可以有無限頻帶的理想反相器。然而，這些反相器是被設計來匹配中心頻率，所以這種小尺寸反相器只能表現出很窄的頻帶。文獻[6]利用槽線設計反相器，但是輻射損耗很高，因為長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.反相器結構

通過利用反相器的槽線終止于環線，能夠實現逆相沿著微帶傳輸線，如 Fig. 1所示。這種反相器，通過兩個金屬洞，信號微帶傳輸線連接著上邊的槽線，另外的信號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 利用環狀短路短截線實現，該短路短截線是修改了傳統短路短截線結構。單槽線反相器具有小尺寸和低輻射損耗的優點，但是它的頻帶是相對受限制的。為了提高頻帶并且保持小尺寸，短路短截線結構被修改為形成環狀終止或多槽線反相器，如Fig. 1所示。 它的規格如表格I所示。

Fig.1. Top view of the designed phase inverter

TABLE I PHYSICAL PARAMETERS IN MILLIMETERS OF PHASE INVERTER

因為雙微帶傳輸線部分是對稱的、反極性的，并且是槽線饋入的，兩個不同邊的槽線部分有180°相位不同，因此信號反向發生在信號通過兩微帶傳輸線去槽線轉變時 。

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。環狀的半徑是2mm。一組同軸測試夾具被用在實驗裝置中。標準的TRL測量精度是使用HP8510C網絡分析儀。參考面設置在微帶傳輸線每個端口的中間，為了消除電路物理長度產生的相移。

3.結果討論

為了確認和驗證我們提出的寬頻帶反相器，設計和測量在RT/Duroid 5870基質上，它的介電常數εr=2.33，厚度0.79mm(Rogers)。本文設計的移相器將在頻率5GHz處實現。

測量頻率反應的插入損耗、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。實驗表明應用槽線技術寬頻帶性能的反相器是容易實現的，并且電路是為寬頻帶小尺寸設備設計的。

Fig.2 S-parameters of phase inverter

Fig.3 Measured phase error of phase inverter

4.結論

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