一种长度可设的超宽带渐变式90度电桥设计方法技术

本发明专利技术提供的一种长度可设超宽带渐变式90度电桥设计方法，属于电子学领域，设计方法为对选定传输线长度进行分段选点，根据目标选择特殊的约束条件，利用遗传算法计算优化出每点的偶模阻抗，进而转换为90度电桥的尺寸。本发明专利技术采用遗传算法直接计算偶模阻抗，突破传统渐变式90度电桥传输线长度需为四分之一波长整数倍数的限制，在一定范围内可以自行选择长度；根据工作带宽直接进行设计，能实现大的相对带宽。对带宽。对带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种长度可设的超宽带渐变式90度电桥设计方法


[0001]本专利技术属于电子学领域，具体涉及一种长度可设超宽带渐变式90度电桥设计方法。

技术介绍

[0002]90
°
电桥能将输入信号分为两路幅度相同相位相差90
°
的信号，是耦合度为3dB的定向耦合器。其作为一种重要的微波通信组件，被广泛的应用于功率分配、移相等系统之中。
[0003]传统的多节耦合线式的3dB耦合器可以轻易实现大的带宽，但由于多节之间过渡的不连续性，导致寄生效应严重，高频处的响应被恶化且不可控，一般设计应用在X波段以下。3dB的Lange耦合器也可以实现大的带宽，但应用高频宽频下，耦合器的尺寸精度要求很高，工艺成本较大。
[0004]渐变式耦合器在多节耦合式耦合器的基础上发展而来，通过渐变传输线的形式，减弱了耦合器传输线之间的不连续性。目前渐变式耦合器已经被总结出一套固定的设计流程与表格，国内外设计普遍是根据带宽、纹波等指标查表选择合适倍数的四分之一波长作为渐变线长度，并计算出对应的权重因子。但此设计过程中需要根据四分之一波长的整数倍数来确定长度，不能对长度自行选择，并且使用的相对带宽固定，会造成部分频段的浪费。此外，方法中还没有考虑到中心的不连续性，会使实际的结果恶化，设计需要时进行大量调试，这种方法仍有优化的空间。

技术实现思路

[0005]针对上述现有设计方法中存在的问题，本专利技术提供了一种长度可设超宽带渐变式90度电桥设计方法，可自行选择90度电桥的设计长度，同时实现超宽带的设计。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种长度可设的超宽带渐变式90度电桥设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1：根据目标需求选定传输线结构、基板材料及长度；将需求长度包含首尾两端均匀选择2n+1个点，由起始端点至中心点分别命名为1，2，
…
，n，n+1，另外n个点暂时忽略；
[0008]步骤2：设置n个求解量分别为p(1)，p(2)，
…
，p(n)，利用遗传算法，令目标耦合度：
[0009][0010]在带宽范围内为
‑
8.34dB，其中d为耦合器长度，β为相位常数，u对应每一个点,du表示求导；计算优化时的约束条件为
‑
0.3<p(u)<0和中心点的偶模阻抗Z
0e
等于确定传输线所能实现的最大偶模阻抗；
[0011]步骤3：根据公式
[0012][0013]将求解出的p(u)积分得到每一点的偶模阻抗Z
0e
，其中两端及中心处的Z
0e
已知；
[0014]步骤4：将每一点的偶模阻抗Z
0e
根据传输线结构转换为对应的尺寸相连接，此时得到的结构尺寸为半个传输线长度结构的尺寸，对该结构中心翻转，得到完整8.34dB定向耦合器；将两个8.34dB定向耦合器进行串联，可得到3dB定向耦合器，即为目标的90
°
电桥。
[0015]与现有方法相比，本专利技术的有益效果如下：
[0016]1、本专利技术提出了长度可设超宽带渐变式90度电桥的设计方法，利用遗传算法对渐变传输线多处点的偶模阻抗进行求解计算，设计出的器件指标优秀，适用于超宽带的要求；
[0017]2、优选地，对于传统的查表选择尺寸进行设计，由于在设计过程中不再利用微波四分之一波长的特性，因此本设计方法可以自行选择传输线的长度，不再需要长度为四分之一波长的整数倍数。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1设计渐变式90度电桥构造图；
[0019]图2为本专利技术实施例1设计渐变式90度电桥剖面构造图；
[0020]图3为本专利技术实施例1设计渐变式90度电桥输入端至耦合端、直通端的传输系数仿真结果；
[0021]图4为本专利技术实施例1设计渐变式90度电桥耦合端、直通端的相位差仿真结果；
[0022]附图中各标记说明如下：
[0023]1—上基板电路；2—下基板电路；3—下层基板；4—中层基板；5—上层基板。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0025]实施例1
[0026]本实施提出了长度可设超宽带渐变式90度电桥的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0027]步骤1：根据目标需求选定传输线结构、基板材料及长度范围。将需求长度包含首尾两端均匀选择2n+1个点，由起始端点至中心点分别命名为1，2，
…
，n，n+1，另外n个点暂时忽略；
[0028]步骤2：设置n个求解量分别为p(1)，p(2)，
…
，p(n)，利用遗传算法，令目标耦合度
[0029][0030]在带宽范围内为
‑
8.34dB，其中d为耦合器长度，β为相位常数，u对应每一个点。计算优化时的约束条件为
‑
0.3<p(u)<0和中心点的偶模阻抗Z
0e
等于确定传输线所能实现的最大偶模阻抗；
[0031]步骤3：根据公式
[0032][0033]将求解出的p(u)积分可以得到每一点的偶模阻抗Z
0e
，其中两端及中心处的Z
0e
已知；
[0034]步骤4：将每一点的偶模阻抗Z
0e
根据传输线结构转换为对应的尺寸相连接，此时得到的结构尺寸为半个传输线长度结构的尺寸，对该结构中心翻转，得到完整8.34dB定向耦合器。将两个8.34dB定向耦合器进行串联，可得到3dB定向耦合器，即为目标的90
°
电桥。
[0035]采用本实施例所述设计方法，设计传输线长度为20mm，工作带宽为6
‑
18GHz的渐变式90
°
电桥偶模阻抗见表格1。对偶模阻抗转换尺寸后的器件如图1、2所示。
[0036]表格1
[0037][0038]本实施例提出的设计方法设计出的20mm传输线长，6
‑
18GHz带宽的渐变式90
°
电桥的耦合端、直通端的传输系数如图3所示，耦合端与直通端的相位差如图4所示。其中耦合端与直通端在带宽内最大的幅度差为0.5dB，相位差为91
±2°
，固定20mm微带线长度后，仍能实现6
‑
18GHz超宽带范围内很好的指标性能。
[0039]需要说明的是，本专利技术及附图给出了本测试方法较佳的实施例，目的是为了帮助读者更好地理解本专利技术，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长度可设的超宽带渐变式90度电桥设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据目标需求选定传输线结构、基板材料及长度；将需求长度包含首尾两端均匀选择2n+1个点，由起始端点至中心点分别命名为1，2，
…
，n，n+1，另外n个点暂时忽略；步骤2：设置n个求解量分别为p(1)，p(2)，
…
，p(n)，利用遗传算法，令目标耦合度：在带宽范围内为
‑
8.34dB，其中d为耦合器长度，β为相位常数，u对应每一个点,du表示求导；计算优化时的约束条件为
‑
0.3<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王占平，朱睿，曾成，补世荣，宁俊松，陈柳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：