[发明专利]一种长度可设的超宽带渐变式90度电桥设计方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于电子学领域，具体涉及一种长度可设超宽带渐变式90度电桥设计方法。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

针对上述现有设计方法中存在的问题，本发明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。

为了实现上述目的，本发明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：

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-0.3p(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；

步骤3：根据公式

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；

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。

与现有方法相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明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；

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