基于左手傳輸線的耦合線研究.pdf

1、左手傳輸線是指介電常數(shù)和磁導率同時為負值的人工合成傳輸線。電磁波在其傳播時，波矢量k、電場E和磁場H之間的關(guān)系符合左手定律。由于左手傳輸線在低頻階段具有很大的慢波系數(shù)，因此可以利用左手傳輸線設計出小型化的微波器件，但是關(guān)于左手傳輸線和左手耦合線的研究還處于探索階段，尤其在左手傳輸線和左手耦合線的模態(tài)萃取方面。
　　本論文主要提出了基于散射參數(shù)的左手傳輸線周期解和左手耦合線的周期解。其利用周期Bloch-Floquet邊界，精確的計

2、算出對稱型左手耦合線和非對稱型左手耦合線的復數(shù)傳播常數(shù)，并將上述方法用Mathematica程序?qū)崿F(xiàn)。
　　首先本論文設計了不同的串聯(lián)電容和并聯(lián)電感，利用本論文提出的基于散射參數(shù)的左手傳輸線周期解和左手耦合線的周期解，分析不同個數(shù)周期結(jié)構(gòu)的左手傳輸線和左手耦合線的色散特性曲線。當周期結(jié)構(gòu)達到一定個數(shù)時，左手傳輸線和左手耦合線的色散特性曲線收斂。傳統(tǒng)的基于集總參數(shù)等效電路模型的方法計算的色散曲線與本論文一個周期結(jié)構(gòu)的周期解基本一致，

3、但是此時的色散曲線還沒有收斂。
　　通過設計不同的串聯(lián)電容，可以改變合成左手耦合線的耦合帶寬；設計不同的并聯(lián)電感，可以改變合成左手耦合線的前向耦合量。另外本論文還提出了合成非對稱型左手耦合線的方法。利用標準的130nm CMOS工藝對本論文提出的對稱型左手耦合線和非對稱型左手耦合線進行下線與測試。
　　論文設計了三種不同類型的定向耦合器，第一種是右手/左手高指向性的定向耦合器，該耦合器在實現(xiàn)3-dB耦合度的同時能夠?qū)崿F(xiàn)38d

4、B的隔離度；第二種是對稱型左手10-dB前向耦合器，該耦合器的長度只有0.108λg，遠遠小于傳統(tǒng)右手的前向耦合器的長度；第三種是非對稱型左手3-dB前向耦合器，該前向耦合器由于是靠電感耦合，與對稱型左手耦合器相比，更能減小耦合器的尺寸。第二種和第三種前向耦合器利用標準的CMOS130nm1P8M工藝下線并進行測試。另外由于實驗室太赫茲平臺只能測量兩端口的微波器件，因此論文還推導了利用兩端口的矢量網(wǎng)絡分析儀測量四端口微波器件的方法。