基于非对称耦合线的小型宽带阻抗匹配器设计与实现

魏曦东,肖灯军

(1.中国科学院空天信息创新研究院,北京 100190;2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京 100049)

阻抗匹配是微波电路设计中的重要环节,随着微波电路向宽频带和小型化的方向发展,对尺寸小、带宽大的阻抗匹配器的需求日益增大。阻抗匹配器通常存在相对带宽小、电路尺寸大等问题。耦合线因其设计参数多,设计自由度大,基于耦合线的元件开发成为近几年的研究热点[1-6]。有学者提出采用对称耦合线设计阻抗匹配器[7],以减小电路尺寸,增大匹配带宽。对称耦合线由于具有对称的特点,因而在分析和设计上相对容易,但也使电路性能受到限制。有学者进一步提出采用非对称耦合线来设计阻抗匹配器[8-13],在设计上引入更多自由度以提高性能。通过设计耦合线奇偶模阻抗和端接负载即可实现阻抗变换,完成阻抗匹配。当负载以反馈环节的形式连接耦合线端口时,如图1所示,可以为反射系数提供更多零点以实现宽带匹配。

图1 耦合线阻抗匹配器示意图Fig.1 Schematic diagram of coupled line impedance matcher

Barik等提出采用终端短接耦合线串联传输线的方法实现阻抗变换,所设计的阻抗变换器阻抗变换比为5,回波损耗20.36 dB,相对带宽38%[8]。Amin等提出采用耦合线结合5段四分之一波长传输线设计阻抗匹配器,其变换比为4,但电路尺寸较大[10]。Ang等采用耦合线实现的阻抗变换器,阻抗变换比为3.4,相对带宽为20%[14]。Zhurbenko等提出可以设置两段阻抗不同的传输线以补偿因非均匀介质引起的耦合线电长度的差异,使匹配器反射系数的极小值点均匀分布[13]。……