人工传输线传输特性的分析与设计

(College of Electronic and Information Engineering, Soochow University, Suzhou Jiangsu 215006, China)
【Abstract】PATL (planar artificial transmission line), for its miniaturizing the microwave components by the slow-wave effect, is widely applied. This paper first gives its basic principle and an equivalent lumped circuit model then the derivation of transmission characteristic formula based on this model. With these, the parameters of equivalent lumped circuit could be calculated from the simulation result, and the relationship between the transmission characteristic and the parameters of circuit model is established. Finally, 50 W and 35.5 W artificial transmission lines are designed, and the measurement results are in accord with the results of the analysis. All these show that the proposed method present in this paper is feasible and effective.
35.8
86.5
35.3
90.5
33.5
94.2
2
1.8
4.5
50
45
52
42.3
49.6
44
51.8
46.1
2
1
1
（下转第 3.5 4 -10
-15
-20
-25
-30
-35
频率/GHz
输出功率 /dBm
(a) 输入端反射参数
35
30 25
[6] 李亮,李文渊,王志功.2.4GHz CMOS功率放大器设计[J].电子器件, 2006,29(02): 348-350.
PAE /(%)
（上接第169页）
4 结语
从一种简洁的等效电路模型入手，分析了新型平面人工 传输线，根据仿真结果推算出了各等效电路参数，从而得到 了人工微带传输线传输特性与等效电路参数的关系；并通过 该方法设计了几种人工传输线,如图3和图4，测试结果与分析 结果比较吻合，从而证明了所提出的分析模型是有效的。为 进一步简化设计平面型人工传输线奠定了基础。
图1 文献[4]中平面人工传输线的结构模型
AK
=
é ê
1+
ê
ê
êê2 jwCN
ê
êë
1 jwL
1 + 2 jwC
jwCN
-
1 jwL
1 +2
jwC
w2CN
2
1
ù
1+
1 jwL
+
1
1 jwL
+
2
2 jwC
jwCN jwC
ú ú ú ú ú ú úû
，
(1)
AN
=
é1 + ( jwL) jwCl1
ê ë
20
15 10 5
0 -25
理想值 实际值
-20 -15 -10 -6 -1 输入功率 /dBm
(b) 电路 1dB 压缩点
60
50
40
30
20
10 0
-20 -15 -10
-6
-1
输入功率 /dBm
(c) 功率附加效率
图 3 仿真结果
3 结语
分析了 3 种电路级线性化技术的优缺点，然后在 TSMC 0.18 µm CMOS 工艺下，采用双重器件，在输出级并联辅助 PA 提高功率放大器线性度的方式，利用 ADS2008U2 软件进 行了电路设计与仿真，并对性能进行了研究分析，与国内外 设计相比，该设计取得了较好的效果[4-6]。随着 CMOS 工艺 和无线通信领域的不断发展，该设计可广泛应用于 2.4 GHz 开放频段的 IEEE802.11b 标准协议和蓝牙系统的发射模块。
给出了一种简洁的等效电路模型，然后推导出了基于该模型的传输特性计算公式；在此基础上，根据仿真结果推算出各等效
电路参数，从而得到了人工传输线传输特性与等效电路参数的关系；最后设计制作了人工传输线，测试结果与分析结果比较
吻合，证明了提出的分析模型是有效的。为进一步简化设计平面型人工传输线奠定了基础。
【关键词】人工传输线；平面传输线；等效电路；传输特性
表 1 50Ω、35.5Ω的 HFSS 仿真结果及计算结果与预期值的比较
预期值
计算值
仿真值
测试值
主要尺寸
Zc /Ω
q /(°)
Zc /Ω
q /(°)
Zc /Ω
q /(°)
Zc /Ω
q /(°)
l /mm
l4 /mm
n
50
90
49.6
88.4
49.7
92.5
50.4
87.6
2.8
2.6
2.5
35.5
90
指微带线交指数目 n 。将其他尺寸设置为恒定的值，通过对 弯曲微带线和交指微带线进行仿真分析处理，可以得出 l4 、
图 2 平面人工传输线的等效集总电路
l 、 n 与等效电路中各个集总参数的函数关系，从而整段传 输线的复传播常数和复特性阻抗可以由 l4 、 l 、 n 这三个尺
寸参数决定。
2 人工传输线传输特性分析
[
A]
=
1
/
(a
+
b
+
c
+
d
)
éa êë
+
b
2
c
-
d
2(ad - bc) ù b + d - a - cúû
。(3)
根据文献[5]提出的用有限时域差分法分析不连续性传
输线的复传播常数和复特性阻抗计算公式(4)、式(5)：
eg g L = e(ag + jb )L = 1 - S121 + S221 +
【 key words 】 artificial transmission line ； planar transmission line ； equivalent circuit ； transmission characteristic
0 引言
随着无线通信技术的迅速发展，通信设备中微波电路 结构也越来越向集成化、小型化方向发展，为此人们已经提 出了许多关于微波电路结构小型化的理论和方法[1-2],文献[1] 中给出了通过集总元件对微波电路进行微型化；文献[3]中通 过加入多个开路支节缩小了器件尺寸；文献[2]中使用光子带 隙结构(PBG)，通过使用PBG结构可以缩小微波器件。近来， 人们提出了平面人工微带传输线，由于该类传输线具有明显 的缩短效应，即在同等电长度下，平面人工微带传输线与传 统微带线相比缩短了很多，并且该人工传输线可以很好的抑 制谐波，因此引起了广泛的关注[4]。在设计该类传输线大多
参考文献
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【中图分类号】TN811
【文献标识码】B
【文章编号】1002-0802(2010)09-0168-02
Analysis and Design of Planar Artificial Transmission Line
FANG Shang-bin， GUO Hui-ping， LIU Xue-guan
将图 1 中等效电路分为三个级联的二端口网络[6]， AM 、 AK 和 A N 分别为这三个二端口网络的转移矩阵，它
们分别为：
AM
=
é1 + ( jw L) jwCl 2
ê ë
jw (Cl1
+
Cl 2
)
-
(
jw L)w
2Cl1Cl 2
1
+