[发明专利]基于负群时延网络的宽带隔离器

说明书

本发明公开了一种基于负群时延网络的宽带隔离器，包括非互易移相器、定向耦合器、负群时延电路结构和两段传输线。负群时延电路结构由六段微带线、两段耦合线以及四个电阻组成。正向导通时，耦合器只耦合少部分能量到上环回路，因此入射波与有源器件的相互作用可以忽略不计，隔离器具有低损耗和高线性度。本发明通过在通路中串联负群时延网络，与通路中其他电路的群时延相抵消，使回路总群时延在中心频率附近更宽的频带内为零，以拓宽隔离器的隔离带宽。

技术领域

本发明属于非互易器件领域，涉及一种基于负群时延网络的宽带隔离器，可应用于通信、雷达和传感器网络等现代微波和光学领域。

背景技术

随着5G通信时代的到来，通信系统的部件将会进一步朝着小型化以及低功耗方向发展，因此对器件的集成度要求更高。人们也因此对如隔离器、循环器等无磁非互易器件的研究产生愈发浓烈的兴趣。这一类非互易器件，在包括通信、雷达和传感器网络等现代微波和光学领域应用中发挥着至关重要的作用。它们可以将物理层的网络容量增加一倍，同时在包括通信、雷达和传感器网络的网络层提供许多其他优势，比如这些设备可以保护有源源免受电路反射功率的损害并且能使带内全双通通信正常工作，同时起到去耦和隔离的作用。

隔离器的应用，解决了雷达系统的级间隔离、阻抗以及共用等一系列实际问题，极大的提高了雷达系统的性能，是系统中的关键器件。因此要求隔离器应具有插入损耗小、隔离度高、工作频带宽、耐高功率、温度特性好等特点。

实现非互易器件通常有很多方式，传统隔离器通常采用铁氧体材料外加磁场偏置来实现其非互易传输特性，然而由于铁氧体材料的制备工艺难以与传统的集成电路工艺相兼容，因此非互易器件通常作为分立式元件出现在通信系统中，这在一定程度上限制了系统整体的小型化。因此有必要研究非互易器件的无磁化设计方案，与传统的铁氧体隔离器和循环器相比，有源非互易器件结构更紧凑，体积更小，成本更低，更易与现代集成电路技术兼容。然而采用晶体管实现的有源隔离器存在功率承载容量小、动态范围小等问题。

文献1(Wang Y,Chen W,Chen X.Highly Linear and Magnetless IsolatorBased on Weakly Coupled Nonreciprocal Metamaterials[J].IEEE Transactions onMicrowave Theory andTechniques,2019,67(11):4322-4331.)采用非互易移相器加载定向耦合器实现了一种有源隔离器，正向导通时，耦合器只将少部分能量耦合到上环回路，因此入射波与有源器件的相互作用可以忽略不计，隔离器表现为高功率容量和高线性度。但该隔离器带宽极窄，其中心频率设计在1.81GHz，单个隔离器仅有一个频点隔离度为10.3dB，三级级联后20dB带宽仍仅有13MHz，相对带宽仅为0.7％。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本发明提出了一种基于负群时延网络的宽带隔离器。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于负群时延网络的宽带隔离器，包括依次串联的非互易移相器、传输线1、耦合定向耦合器、传输线2以及负群时延电路结构，其中，所述耦合定向耦合器的隔离端与传输线1连接，耦合端与传输线2连接。