复合左右手传输线在天馈线系统中的应用研究

摘要：左右手传输线的理论和应用研究已在微波技术领域深入展开，特别是在天馈线系统中的应用研究已成为热点。本文根据左右手传输线的宽带移相特性，总结了近年来国内外关于基于左右手传输线的微波移相器的最新研究成果，对两种实现方式的研究现状进行了深入分析，对比不同方法的优缺点。

1 引言

移相器是一种重要的微波器件，在波束形成网络、相位调制器和相控阵天线等无线通信系统中具有广泛的应用，研制出宽带平面移相器是很有意义的工作。传统的差分移相器是依靠两条传输线的长度差来实现相移，或在相同长度的情况下通过改变传输线的传播常数来实现相移。

由于左右手传输线具有宽带移相特性，已有很多研究人员将其应用到宽带移相器设计中[1~10]，其中许多文献将宽带移相线与功分器结合设计了宽带正交功分器和宽带威尔金森巴伦，但实质还是宽带移相器。利用左右手传输线设计宽带移相器大致可分为集总元件方式[1~4]和分布参数方式[5~10]。

2 集中元件方式

文献[1]采用集总元件的左右手传输线设计了宽带180°移相器，如图1所示，图中上面一段线是相移为+90°的左右手传输线，下面一段线是相移为-90°的左右手传输线，在1.17GHz~2.33GHz（相对带宽为77%）的频率范围内相位差为180°±10°；文献[2]采用共面波导多层结构设计了180°开关线移相器，如图2所示，在2GHz~3.6GHz的频率范围内相位差为180°±7°；文献[3]采用左右手传输线和右手传输线设计了宽带移相器，如图3所示，在1.24GHz~3.58GHz的频率范围内相位差为180°±10°；文献[4]采用集总元件的左右手传输线设计了宽带移相器，如图4所示，在0.6GHz~1.2GHz的频率范围内相位差为180°±9.5°。

图1文献[1]报道的宽带移相器

图2文献[2]报道的宽带移相器

图3文献[3]报道的宽带移相器

图4文献[4]报道的宽带移相器

3 分布参数方式

文献[5]采用分布式左右手传输线结合共面波导技术设计了宽带移相器，如图5所示，在2.4GHz~5.22GHz的频率范围内相位差为180°±10°；文献[6]采用交指缝隙和接地过孔的左右手传输线设计了宽带90°移相器，在2.3GHz~3.8GHz的频率范围内相位差为90°±10°；文献[7]基于逆开环谐振器的左右手传输线设计了宽带移相器，如图6所示，在1.4GHz~2.1GHz的频率范围内相位差为90°±5°；文献[8]采用交指缝隙和接地过孔的左右手传输线设计了宽带移相器，如图7所示，在1.3GHz~3.5GHz的频率范围内相位差为180°±3°；文献[9]使用一对相同的基于交指缝隙和虚拟地面的左右手传输线，并用奇偶模的方法设计了宽带移相器，如图8所示，在1.6GHz~3.6GHz的频率范围内相位差为180°±3°；文献[10]采用交指缝隙和接地过孔的左右手传输线设计了宽带4位数字移相器。

图5文献[5]报道的宽带移相器

图6文献[7]报道的宽带移相器

图7文献[8]报道的宽带移相器

图8文献[9]报道的宽带移相器

4 结论

本文对已报道的国内外关于基于左右手传输线的微波移相器的最新研究成果进行归纳，总结了最新研究成果，对多种实现方式的基于左右手传输线的微波移相器的研究现状进行了深入分析，对比了不同方法的优缺点。

参考文献

1M. A. Antoniades and G. V. Eleftheriades.A broadband Wilkinson balun using microstrip metamaterial lines [J]. IEEEAntennas and Wireless Propagation Letters, 2005, 4:209~212

2K. Dmitry, S. Elena, V. Irina, et al.Broadband digital phase shifter based on switchable right-and left-handed transmissionline sections [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2006, 16(5):258~260

3C. H. Tseng and C. L. Chang. Wide-bandbalun using composite right/ left-handed transmission line [J]. ElectronicsLetters, 2007, 43(21):1154~1155

4H. Yoo, S. H. Lee and H. Kim. Broadbandbalun for monolithic microwave integrated circuit application [J]. Microwaveand Optical Technology Letters, 2012, 54(1):203~206

5S. G. Mao and Y. Z. Chueh. Broadband compositeright/left-handed coplanar waveguide power splitters with arbitrary phase responsesand balun and antenna applications [J]. IEEE Transactions on Antennas andPropagation, 2006, 54(1):243~250

6Y. Z. Zou, Z. L. Lin, T. Ling, et al. Anew broadband differential phase shifter fabricated using a novel CRLHstructure [J]. Journal of Zhejiang University Science A,2007, 8(10):1568~1572

7G. Siso´, M. Gil, J. Bonache, et al. Applicationof metamaterial transmission lines to design of quadrature phase shifters [J].Electronics Letters, 2007, 43(20):1098~1100

8W. P. Cao, F. Guo and B. Z. Wang. Designof a broadband balun based on composite right/left handed structure [J].Microwave and Optical Technology Letters, 2010, 52(6):1310~1313

9C. J. Liu and W. Menzel. Broadbandvia-free microstrip balun using metamaterial transmission lines [J]. IEEEMicrowave and Wireless Components Letters, 2008, 18(7):437~439

10Q.Zhu, C. Gong and H. Xin. Design of high power capacity phase shifter withcomposite right/left-handed transmission line [J]. Microwave and OpticalTechnology Letters, 2012, 54(1):119~124

3.需注明单位技术方向