宽带直流偏置电路的设计

r 2h [ln( 0 ) 1.7726]} 2 r0 2h
0 n
we w 2 1 / sin( / 2), 1, 3 / 2
（2） α为微带径向短截线所对应的扇形的弧度 角 由于不同的外部连接电路情况下的场 等效参数不同， 所以我们针对直流偏置电路 作下列近似： 1、 输入线的宽度 W 远小于波长 2、 We≈W 3、 径向线的末端等效和整个圆片末端的等 效一致 4、 只有 TM0n（n=0,1,2….）模式 准确的结果可以通过每种谐振模式下等效 的尺寸和等效的介电常数确定,在 r1 看进出
微带径向短截线在低通滤波器、混频器、和 射频偏置电路中都有广泛的应用。 其电路图 和由其构成的射频偏置电路图如图 2 所示：
图1
典型直流偏置电路 a、微带径向短截线 图 2 b、直流偏置电路
置网络是由直流电容和射频偏置电路构成 低通滤波电路或射频扼流电路,典型的射频 偏置电路如图 1 所示:它是由一段λg/4 的高 阻线和一个矩形微带电路构成的低阻线构 成, 但是随着频率的升高和频带的加宽此 种形式的偏置电路不能获得理想的射频扼 流性能, 因为随着频率的提高,当矩形微带 电路的尺寸大到与λ g 相比拟的程度时,将 激起高次模。 而微带径向短截线的反射系数 的幅度和相位具有随频率变化小的特点,而 且在宽频带内容易获得小于 20Ω的低阻抗，
图 4 b
[4] J. Vrba, “Dynamic permittivities of microstrip ring resonators,” Electron. Lett., vol. 15, no. 16, pp. 504-505, Aug. 1979. [5] I. Wolff and N. Knoppik, “Rectangular and circular microstrip disk capacitors and resonators: IEEE Trans. Microwave Theory
Key words: Broad-band Bias circuit Microstrip Circuit
1 前言
微波功率放大器理想的直流偏置电路是 在直流馈入点获得射频的开路点或短路点, 但这只能在点频情况下实现。 实际的直流偏
所以它是设计宽带和高频有源偏置电路的 理想选择。
2 微带径向短截线的理论分析
计算zin ,重复上述过程直到带内|zin|尽量 小。 利用上述结论我们设计了三个微波功率 放大器有源偏置电路， 尺寸分别为： w=0.6mm, 0 0 α 1=60 , α 2=120 ，r0=9mm ，1/4波长线为 0 9.8mm 和w=0.6mm, α3=60 ,r0=6mm ，1/4波 长线为8mm.微带板采用RT6010，ε r=10.2, 0 厚0.635mm。在α 1=60 情况下射频扼流在 0 S11.S31≤-20dB下带宽大于60%， 在α2=120 情况下射频扼流在 S11.S31≤-20dB下带宽 0 大于80%。在α3=60 ,r0=6mm ，1/4波长线为 8mm情况下最大衰减点的频率上升到6GHz左 右，S11.S31≤-20dB下带宽大于40%。图四 a, b, c是上述三种情况下EM仿真的结果， 表明了良好的射频扼流性能。
参考文献：
图 4 a
[1] J. P. Vinding, “ Radial line stubs as elements in strip line circuits,” in NEREM Record, 1967, pp. 108-109. [2] G. D’Inzeo, F. Giannini, C. M. Sodi, and R. Sorrentino, “Method of analysis and filtering properties of microwave planar networks,” IEEE Trans. Microwave Theoiy Tech., vol. MTT-26, pp. 462-471,July 1978. [3] G. DInzeo, F. Giannini, R. Sorrentino, and J. Vrba, “Microwave planar networks: The annular strncture” Electron. Lett., vol. 14, no. 16, pp. 526–528, Aug. 1978.
图 4 C
4 结论
利用微波平面电路电磁谐振分析方法 对径向短截线的阻抗进行了理论分析， 并利 用该理论进行微波放大器宽带偏置电路的 设计，取得了很好的效果。通过实验和理论 验证我们得出如下结论： 1、 径向短截线的夹角增大，频带加宽。 2、 径向短截线的外半径决定射频最大衰减 点的频率，外半径越大，最大衰减点的 频率越低。 3、 四分之一导波长的高阻线阻抗越高越 好，但是它受到微带电路加工和直流电 流的限制。
姚武生
男，1968 年 2 月生，1989 年毕业于西安
电子科技大学电子工程专业，现为华东电子工程研 究所高级工程师，一直从事雷达发射机的研究及设 计工作。 樊锡元 男，1972 年 1 月生，1989 年毕业于合肥 工业大学电子工程专业，现为华东电子工程研究所 高级工程师，一直从事固态雷达发射机的研究及设 计工作。
精确的分析微带径向短截线的输入阻 抗是不可能的， 因为它传输的不是单纯的 TE 模或 TM 模。J.P.Vinding [1] 利用径向线 原理推导出了该种电路阻抗公式, 文献[7] 中也有相应的介绍， 但是该公式的精度不是 很高。 本文介绍一种建立在平面电路结构谐 振模式下电磁场分析方法[2]对此电路进行 分析: 利用每种谐振模式下的场等效将径
the electromagnetic field expansion in terms of resonant modes of the planar structure。Using this theory, The analysis and designing of a kind of broad-band dc bias circuit was presented .
宽带直流偏置电路的设计
胡善祥， 姚武生，樊锡元，郑智潜 （中国电子科技集团公司第 38 研究所，安徽合肥 230031）
摘要：本文利用微波平面结构谐振模式情况下场等效的方法,对微带径向短截线进行了分析。并利用该理 论介绍了一种宽带直流偏置电路的分析和设计。 关键词：宽带 偏置电路 微带电路
The Design of The Broad-Band DC Bias Circuits
(5)
B0 n K n A0 n ; K n J 1 (k 0 n r0 e ) / N1 (k 0 n r0 e )
(6) 其中 J0 J1 是第一类贝塞尔函数，N0 N1 是 第二类贝塞尔函数。
3 直流偏置电路的设计
在设计直流偏置电路时首先我们选定 径向短截线对应圆弧的夹角α， 然后选定微 带板，由微带板的具体参数代入公式（3）
0 0 是
a、微带径向短截线 图3 其中：
b、场等效谐振模式图
r1e
we 2 sin( / 2)
间波数，εdn 是每种模式下的等效介电常数 [4]，k0n 是 TM0n 模对应的本征值[2] [3]，P0n 输入准 TEM 模在径向短截线上激励起 TM0n 模 的耦合系数。
1
（1）
r0 e r0 {1
向短截线电路看作一个谐振器,如图 3 所示, 图 3a 是微带径向短截线的电路图， 图 3b 是 其谐振模式情况下的场等效电路图。
的输入等效阻抗为：
in j
do
jk g
2 pon 2 2 n 1 k on k dn

其中 kg 是输入线上的波数，k= w 自由空
Tech.,Vol. MTT-22, pp. 857–864, Oct. 1974. [6] A. H. Atwater, “ Microstnp reactive circuit elements; IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. MTT-31, pp. 488-491, June 1983. [7] 程书田、梁昌洪 一种新型宽带微波有源网 电波科学学报 络偏置电路的优化设计 Vol.13,No.4,12.1998 [8] 清华大学. 微带电路编写组. 《微带电路》 北 京：人民邮电出版社，1978 作者简介： 胡善祥 男，1974 年 5 月生，1998 年毕业于武汉 测绘科技大学电子工程专业，现为华东电子工程研 究所工程师，主要从事固态雷达发射机的研究工 作。
e [ A J (k r ) B0 n N 0 (k 0 n r1e )] 0 n 0 0 n 1e
(4)
A0 n
2 1e
2

{r02e [ J 0 (k 0 n roe ) K n N 0 (k 0 n r0 e )]2
r [ J 0 (k 0 n r1e ) K n N 0 (k 0 n r1e )]2 }1
Hu ShanXiang，Yao WuSheng，Fan XiYuan, Zheng ZhiQian
China Electronics Technology Group Corporation No.38 Research Institute, Hefei 230031, China
Abstract: In this paper, the analysis of the microstrip radial-line stubs was presented. The method is based on