小尺寸宽频带反相器

广东工贸职业技术学院 浙江大学深圳研究院 钟催林

浙江大学深圳研究院 李振林

广东工贸职业技术学院 曾洁琼

1.引言

移相器是控制微波输出相位的关键元件， 它能用于混合耦合器，阵列天线或其他设备。但是狭窄的带宽限制了设备的性能。为了提高移相器的性能，许多学者把侧重点放在增加带宽。

通常移相器是两端网络，输出与输入之间的相位差在0o-360o之间。一些平面传输线结构的配置能够改变相移，包括共平面形波导、槽线和微波传输带槽线[1]. 文献[2]–[4]提出, 共平面形波导(CPW)和共面波导(CPS)或槽线的结合能够形成一个反相器，并且增加了频带，尺寸也减小，但是带宽损耗比较大。这些设计类型，理论上，CPS直接交叉型反相器[5]似乎可以有无限频带的理想反相器。然而，这些反相器是被设计来匹配中心频率，所以这种小尺寸反相器只能表现出很窄的频带。文献[6]利用槽线设计反相器，但是辐射损耗很高，因为长槽线和它的振幅不平衡比较高。而本文提出的移相器具有宽频带和低插入损耗。

2.反相器结构

通过利用反相器的槽线终止于环线，能够实现逆相沿着微带传输线，如 Fig. 1所示。这种反相器，通过两个金属洞，信号微带传输线连接着上边的槽线，另外的信号微波传输线着下边的槽线。这里，微带传输线交叉处开路通过 利用环状短路短截线实现，该短路短截线是修改了传统短路短截线结构。单槽线反相器具有小尺寸和低辐射损耗的优点，但是它的频带是相对受限制的。为了提高频带并且保持小尺寸，短路短截线结构被修改为形成环状终止或多槽线反相器，如Fig. 1所示。 它的规格如表格I所示。

Fig.1. Top view of the designed phase inverter

TABLE I PHYSICAL PARAMETERS IN MILLIMETERS OF PHASE INVERTER

因为双微带传输线部分是对称的、反极性的，并且是槽线馈入的，两个不同边的槽线部分有180°相位不同，因此信号反向发生在信号通过两微带传输线去槽线转变时 。

两连接槽线的微带传输线的间隙宽度（g）如图1所示是0.1mm。环状的半径是2mm。一组同轴测试夹具被用在实验装置中。标准的TRL测量精度是使用HP8510C网络分析仪。参考面设置在微带传输线每个端口的中间，为了消除电路物理长度产生的相移。

3.结果讨论

为了确认和验证我们提出的宽频带反相器，设计和测量在RT/Duroid 5870基质上，它的介电常数εr=2.33，厚度0.79mm(Rogers)。本文设计的移相器将在频率5GHz处实现。

测量频率反应的插入损耗、回波损耗和相位误差如图2、3所绘。从中可以看出，在频率范围3.1–6.9 GHz插入损耗小于1dB，有效带宽小于±7o相移误差。实验表明应用槽线技术宽频带性能的反相器是容易实现的，并且电路是为宽频带小尺寸设备设计的。

Fig.2 S-parameters of phase inverter

Fig.3 Measured phase error of phase inverter

4.结论

本文展现了一种新的反相器，移相器终止于环状，运行在5GHz。反相器表明在插入损耗好于1dB的情况下多了100%频带，并且在设计频率范围内（3.8 GHz-6.1 GHz）频移小于±7o