基于平行带线的新型微波电路研究

平行带线作为一种平衡式传输线，具有设计灵活，易实现差分电路，与传统微带兼容性好等优点。以前由于其双面结构而没有得到很好的发展；目前多层电路加工工艺的快速发展（如低温共烧陶瓷技术LTCC）为平行带线在微波电路中的大规模应用提供了保证。本课题将深入开展平行带线在微波电路中的应用研究，提高电路的性能和减小电路尺寸。利用新型的多层结构- - 中间插金属面的平行带线设计出多种不需要功率分配/合成器的有源差分电路，并提出有效的差分阻抗匹配方案；同时将完成该多层结构在LTCC工艺中的建模以增强平行带线电路的集成度，并进一步设计出性能优异的无源差分电路（单/双通带差分滤波器）和宽带反相功分器来论证这个模型的可靠性，在此基础上，利用中间金属面的隔离特性，探索任意功率分配比的反相功分器来填补这一方面的理论及技术空白，完成理论公式推导和实验验证。

本项目主要围绕以平行带线为主的平衡式传输线，利用它的设计灵活，易实现差分电路，与传统微带兼容性好，特别是平衡特性等优点，开展了新型微波电路的系列研究工作。通过在两金属带条间插入金属面，把平行带线分成背靠背的差分微带对，设计出了宽带任意功率分配比的反相功分器，进行了理论公式的推导与实例验证，填补了这方面的理论和技术空白。在不增加电路尺寸的情况下，设计了一种高阻带抑制的平行带线带通滤波器。研究了平行带线差分振荡器，通过平行带线中间插入金属面的方法，构成了直流地和射频信号的回路，在平行带线的输出端，实现了差分基波信号自然合成，同相二次谐波自然抑制。在此基础上，研究了平衡式平行带线混频器，利用平行带线的平衡特性设计了结构紧凑的混合环，尺寸仅为传统混合环的三分之一，并且工作带宽大大拓宽，改善了混频器的性能，该混频器的本振由前述的差分振荡器提供，两者有效构成了微波有源子系统。为增强微波电路及组件的集成度，利用低温共烧陶瓷（LTCC）工艺的优势，研究了平行带线在LTCC中的建模及平行带线到微带的过渡，并优化了其性能。在上述研究成果的基础上，虚拟地的概念被引入到传统的半波长传输线谐振器中，构建了迄今为止最小型化的LTCC分布式半波长谐振器，设计了多种新型的平衡式/巴伦式微波滤波电路。通过在半波长传输线谐振器上加载变容二极管或PIN管，对频率可调/可重构技术进行了深入探讨并做出了原创性的贡献。.在国家自然科学基金的支持下，本项目研究进展顺利，圆满完成研究计划。发表国内外期刊论文13篇，国内外会议论文5篇，申请中国发明专利6项，其中1项获授权，申请美国发明专利2项。本项目取得的各项成果形式均超过预期指标，研究得出的结论与设计方法具有良好的理论和实际应用价值。