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色散式微波群组延迟线

阅读：1041发布：2020-10-02

IPRDB可以提供色散式微波群组延迟线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种色散式微波群组延迟线，至少包含一由一讯号源端(1)到输出负荷端(5)调谐讯号传输群组延迟时间的基本单元，所述基本单元中，两对非等长残段((L1b,L1b),(L2b,L2b))设于主传输路径(2)讯号层两侧，两对互补槽线((L1t,L1t),(L2t,L2t))设于主传输路径(2)微带线结构接地平面两侧；在条线结构体中，非等长残段设于中间层，互补槽线设于条线结构体的接地平面外导体。传输路径构件具有相关的特性阻抗(Zo,2Z1b,2Z2b,2Z1t,2Z2t)供选定作为控制群组延迟时间及缩小由讯号源(1)到输出端(5)的反射讯号。级联连接可形成群组延迟时间系统。，下面是色散式微波群组延迟线专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种色散式微波群组延迟线，其特征在于，至少包含一由一讯号源端(1)到输出负荷端(5)调谐讯号传输群组延迟时间的基本单元，所述基本单元包含一主传输路径(2)供输入及输出讯号，两对非等长开路残段((L1b,L1b),(L2b,L2b))位于主传输路径中间以形成感应通带，两对非等长互补槽线((L1t,L1t),(L2t,L2t))位于微带线结构的接地面。

2.如权利要求1所述色散式微波群组延迟线，其特征在于，所述基本单元每一开路残段及互补槽线沿着传输线为均匀、非均匀及弯曲其中的任一种形式。

3.如权利要求1所述色散式微波群组延迟线，其特征在于，所述基本单元每一开路残段设为多层式以及每一互补槽线设为多层式。

4.如权利要求1所述色散式微波群组延迟线，其特征在于，所述基本单元并联开路残段特性阻抗Z1b,Z2b电性长度θ1,θ2，其中θ1≠θ2于工作频带满足下式：Z1b cotθ1+Z2b cotθ2＝0。

5.如权利要求1所述色散式微波群组延迟线，其特征在于，所述基本单元主传输路径(2)及开路残段((L1b,L1b),(L2b,L2b))为一印刷电路板讯号层的印刷导线，互补槽线((L1t,L1t),(L2t,L2t))为在接地平面移除导体的槽线区域。

6.如权利要求1所述色散式微波群组延迟线，其特征在于，所述基本单元以构件Z1,Z2,…..,Zn，其中n为正整数，级联连接构成一群组延迟线系统。

7.一种色散式微波群组延迟线，其特征在于，包含一基本单元，所述基本单元由多数对开路残段及多数对互补槽线所组成，其中，开路残段((L1b,L1b),…..,(Lnb,Lnb))，其中n为正整数为一印刷电路板讯号层的印刷导线，互补槽线((L1t,L1t),…..,(Lnt,Lnt))为在接地平面移除导体的槽线区域。

8.一种色散式微波群组延迟线，其特征在于，至少包含一由一讯号源端(1)到输出负荷端(5)调谐讯号传输群组延迟时间的基本单元，所述基本单元包含一主传输路径(2)供输入及输出讯号，两对非等长开路残段((L1b,L1b),(L2b,L2b))位于主传输路径中间以形成感应通带，两对非等长互补槽线((L1t,L1t),(L2t,L2t))位于条线结构之的上下两层接地面中的任一层。

说明书全文

色散式微波群组延迟线

技术领域

[0001] 本发明有关一种应用于电磁讯号的微波群组延迟线技术。

背景技术

[0002] 群组延迟一直是有关于电磁通讯的主题，传输通道必须在通带(pass-band)具有平坦群延迟(flat group delay)，例如，以传统契比雪夫(Chebyshev)定理、巴特沃斯(Butterworth)或椭圆方法所设计的带通滤波器(band-pass ﬁlter)其在通带含有平坦延迟，但在接近通带边缘具有较大的群组延迟。总之，在大部分状况下，于带通外部反应的较大群组延迟并无特殊重要性可言。因此，大部分的研究集中在微波元件的平坦延迟群。但是，电磁通讯频道在大气中或其他传输通道会承受强烈的群组延迟变化，将脉冲讯号列入考量时，时域波形图(time domain waveform)会变得歪曲失真，群组延迟线则可用来克服歪曲失真现象。

[0003] 使用传统全通式(all-pass)技术的色射延迟线会取得较小的群组延迟时间，全通式延迟单元的级联连接(cascade connection)则在取得较大群组延迟时间的反应上有所改善，但会增加电路面积及传输损失。虽然表面声波(surface acoustic)装置具有小型化及可提供较大延迟，但通常仅限于应用在低频及较窄频宽产品。因此，发展具有较大频率选择性(frequency-sensitive)延迟时间及低反应损失且能使用于高频的群组延迟线技术有其必要性。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种色散式微波群组延迟线，其具有较大频率选择性延迟时间及低反应损失且能使用于高频。

[0005] 本发明的一种色散式微波群组延迟线，至少包含一由一讯号源端到输出负荷端调谐讯号传输群组延迟时间的基本单元，所述基本单元包含一主传输路径供输入及输出讯号，两对非等长开路残段位于主传输路径中间以形成感应通带，两对非等长互补槽线位于微带线结构的接地面。

[0006] 其中，所述基本单元每一开路残段及互补槽线沿着传输线为均匀、非均匀及弯曲其中的任一种形式。

[0007] 其中，所述基本单元每一开路残段设为多层式以及每一互补槽线设为多层式。

[0008] 其中，所述基本单元并联开路残段特性阻抗Z1b,Z2b电性长度θ1,θ2，其中θ1≠θ2于工作频带满足下式：Z1b cotθ1+Z2b cotθ2＝0。

[0009] 其中，所述基本单元主传输路径(2)及开路残段((L1b,L1b),(L2b,L2b))为一印刷电路板讯号层的印刷导线，互补槽线((L1t,L1t),(L2t,L2t))为在接地平面移除导体的槽线区域。

[0010] 其中，所述基本单元以构件Z1,Z2,…..,Zn，其中n为正整数，级联连接构成一群组延迟线系统。

[0011] 本发明的另一色散式微波群组延迟线，包含一基本单元，所述基本单元由多数对开路残段及多数对互补槽线所组成，其中，开路残段((L1b,L1b),…..,(Lnb,Lnb))，其中n为正整数为一印刷电路板讯号层的印刷导线，互补槽线((L1t,L1t),…..,(Lnt,Lnt))为在接地平面移除导体的槽线区域。

[0012] 本发明的另一色散式微波群组延迟线，至少包含一由一讯号源端(1)到输出负荷端(5)调谐讯号传输群组延迟时间的基本单元，所述基本单元包含一主传输路径(2)供输入及输出讯号，两对非等长开路残段((L1b,L1b),(L2b,L2b))位于主传输路径中间以形成感应通带，两对非等长互补槽线((L1t,L1t),(L2t,L2t))位于条线结构之的上下两层接地面中的任一层。

[0013] 本发明的有益效果在于，所提供的色散式微波群组延迟线，具有较大频率选择性延迟时间及低反应损失且能使用于高频。

附图说明

[0014] 图1：显示代表一群组延迟线基本单元的等效传输线示意图。

[0015] 图2：显示一位于顶部讯号层的非等长度残段基本单元示意图。

[0016] 图3：显示一位于底部接地层的非等长度互补槽线基本单元示意图。

[0017] 图4：显示一群组延迟线基本单元立体图。

[0018] 图5：显示本发明群组延迟线系统经由基本单元的级联连接。

具体实施方式

[0019] 本发明在提供一种用以调谐特定讯号频率由一讯号源到负荷输出端的群组延迟网路，群组延迟装置包含一主传输路径在两端连接到讯号源及输出端，基本单元的两对非等长、并联开路残段组(L1b,L1b),(L2b,L2b)，以及两对非等长、并联互补槽线组，非等长并联残段线组直接连到主传输路径2。其中，一对非等长残段的电性长度θi(i＝1,2)不同于另一对残段(L2b,L2b)。换言之，两残段组的电性(及物理)长度如图1所示彼此不同，而且θ1≠θ2。残段组(2Z1b,2Z1b)与残段组(2Z2b,2Z2b)的电性长度不同。两对非等长开路残段的两对互补槽线在图1予以省略。两对非等长并联残段在两截止区(stop-band)之间产生一感应通带，在感应通带中的最大传输系数介限于频带的两传输零点(transmission null)之间，以下列相关数据加以决定

[0020] Z1b cotθ1+Z2bcotθ2＝0. (公式1)

[0021] 于感应通带的最大群组延迟Gd为

[0022] (公式2)

[0023] 其中，To为讯号途经其中一非等长残段的传输延迟时间，δo则是感应通带的正规化频宽。于较佳实施例中，群组延迟取决于每一非等长残段的传输延长时间，正规化感应通带频宽及主要传输路径及非等长残段的特性阻抗(characteristic impedance)。

[0024] 在有些特定频带的高频讯号调谐上，本发明可设于一印刷电路板上。至于主传输路径及两对非等长并联残段，每一构件可经由变化导体构件的条带宽度及长度加以制造。

[0025] 至于互补槽线，是将导体由接地导体平面移除所构成，形成条状非导体条带。互补槽线设于相关残段正下方，并使残段与互补槽线以中间绝缘非导电基板隔开。

[0026] 通过一般所知的传输线来了解本发明具体细节将会有所助益。就此，请参考图1的群组延迟线基本单元，其中(图示传输线为传统的现有技术传输线)2Zib(i＝1,2；
图1中以2Z1b，2Z2b表示)为特性阻抗(characteristic impedance),βib为传输常数(propagation constant),以及lib(图2中以L1b，L2b表示)为传输线的物理长度。开路残段(open stub)2Z1b及2Z2b电性长度不相等，亦即，β1bl1b≠β2bl2b,或l1b≠l2b当β1b＝β2b。在以下说明中，并联残段2Zib,2Zib相同的特性阻抗将改变为Zib用以简化数学式。
同时，为方便举例说明，所附实施例的图1至图5中，本发明为经由一讯号源(参考图1元件ZS以及图4标号1所示讯号源端)到输出负荷端(参考图1元件ZL以及图4标号5)的群组延迟网路，在图示的可行实施例中，本发明条线(stripline)结构主要包括用以设置主传输路径2、两端讯号源1及输出负荷端5以及相关传输线的顶部金属层11、中间绝缘层12、底部接地层13以及底部接地槽线131(请分别参考图2、3及图4)。所述群组延迟装置包含一主传输路径2(参图4)在两端连接到讯号源(参考图1元件ZS以及图4标号1)及输出负荷端(参考图1元件ZL以及图4标号5)，两对可选择为非并联开路残段组(L1b,L1b),(L2b,L2b)，以及两对非等长互补槽线组(L1t,L1t),(L2t,L2t)。所述每一开路残段及互补槽线可视需要选择为均匀、非均匀或弯曲的任一种形式。

[0027] 在现有微带线结构(microstrip structure)中，此类微带线结构具有一讯号层及一接地层，但一条线结构(stripline structure)则具有一讯号层及两外接地层，以下所说明的传输线代表同时适用于微带线结构及条线结构。

[0028] 由主要传输线Z0(参考图1)来看朝向每一开路残段的输入阻抗Zin,i如下式[0029] Zin,i＝-jZicot(βiblib),(i＝1,2). (公式3)

[0030] 当其中一物理长度lib输入阻抗Zin,,i为零，其结果将产生一传输零点(transmission zero)。当开路残段小于1/4的传输讯号波长，开路残段显示出电容性质。另一方面，如果开路残段大于1/4的传输讯号波长，开路残段显示出电感性质。当运用两条具有不同物理长度的并联残段，会在两个别频率产生两传输零点。于一位于两传输零点之间的频率，其中之一的Zin,i(i＝1,2)为电感式，另一则是电容式。当Zin,1+Zin,2＝0，两平行传输线的总输入阻抗为无限大，并在主要线路产生一总体传输。其结果将在两传输零点(transmission null)之间感应出一个讯号通带。所感应的讯号通带显示出极高的群组延迟。

[0031] 于图1所显示的电路中，散射参数(scattering parameter)S21(或传输系数)如下：

[0032] (公式4)

[0033] 其中

[0034] (公式5)

[0035] 同时将(公式3)及(公式5)代入(公式4),可取得传输系数S21

[0036] (公式6)

[0037] 其中θi＝βib li b(i＝1,2).

[0038] 复数散射参数S21能以极座标方式表示S21＝|S21|∠S21.∠S21为S21的角度(argument)由下式取得

[0039] (公式7)

[0040] 如上所述，一感应通带位于由并联残段所形成的两传输零点之间。基本单元群组延迟Gd定义为

[0041] (公式8)

[0042] 其中ω是讯号频率。群组延迟Gd由特性阻抗Zib(i＝1,2)及传输线电性长度θi加以决定，经由将(公式7)代入(公式8),取得

[0043] (公式9)

[0044] 其中

[0045] A ＝ (Z1bcotθ1+Z2bcotθ2)[(cotθ2+cot2θ1cotθ2)T1+(cotθ1+cot2θ2cotθ1)T2], (公式9a)

[0046] 以及

[0047] B＝(Z1bT1+Z2bT2+Z1bT1cot2θ1+Z2bT2cot2θ2)cotθ1cotθ2. (公式9b)[0048] (公式9a)及(公式9b)的T1及T2为往返于线l1b and l2b之间的个别延长时间，亦即，dθi/dω＝Ti(i＝1,2)。最大的群组延迟发生在所有的传输极点。将Z1b cotθ1+Z2bcotθ2＝0代入(公式9),取得

[0049] (公式10)

[0050] 为取得有关于此一色散式传输线的最大群组延迟的原因，我们进一步简化其数学式，当一残段的物理长度为1/4波长时，将产生一传输零点。于总体传输(total transmission)频率所诱发传输通带的两条残段电性长度可为下式

[0051] θ1＝π/2-δ1,θ2＝π/2+δ2. (公式11)

[0052] δi(i＝1,2)是总体传输频率电性长度及由个别残段所造成传输零点频率之间的电性长度距离。假设δ1＝δ2＝δ，(公式10)可进一步简化为下式

[0053] (公式12)

[0054] 对于一较窄感应通带，tanδ≈δ and tan2δ<<1。在此一状况下，(公式10)的群组延迟变成下式

[0055] (公式13)

[0056] 需提及Ti(i＝1,2)是讯号经过残段线的传输延迟时间。假设δ1＝δ2＝δo/2and T1＝T2＝To,(公式13)可进一步简化成下式

[0057] (公式14)

[0058] 其中，To是通过1/4波长的传输延迟时间，δois是由两残段所造成两传输零点之间的正规化频宽。

[0059] 另，如图5所示，所述基本单元以构件Z1,Z2,…..,Zn(n为正整数)级联连接构成一群组延迟线系统。

[0060] 同时，所揭示的互补槽线是用来改变感应所产生受限频带的通带成为全通带(all pass-band)，亦即︱S21︱＝1。

[0061] 以上实施例仅用为方便举例说明本发明，并非加以限制，对于熟习此一技艺人士依所举实施例所可作的各种简易变形与修饰，均仍应含括于以下申请专利范围中。

标题	发布/更新时间	阅读量
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一种平面槽线的慢波结构-专利编号CN105513928B	2020-05-14	994
槽线－共平面波导转换-专利编号CN1206506A	2020-05-12	436
带状线/槽线混合宽带二维和差网络-专利编号CN108539339B	2020-05-13	869
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