负群时延微波电路宽带化新方法及其功能扩展关键技术

The traditional group delay equalizer is only used to compensate the concave group delay, which increases the signal delay of the system. Negative group delay (NGD) technologies can overcome the shortcoming, which provides a new way to solve the difficult problem of group delay distortion in broadband wireless communication, satellite navigation and radar systems. NGD technologies can also make an important contribution to future mobile communication with no signal delay. But the existing NGD realization method has the disadvantages of narrow bandwidth, large insertion loss, and NGD performance degradation due to temperature variation. Therefore, the research on novel broadband method and function extension key technology for NGD microwave circuits is very important.. An interference-based NGD realization method will be proposed to enhance NGD bandwidth, lower insertion loss, and eliminate the effect of temperature variation characteristics of the resistance on the NGD performance. And a miniaturized dual-band unequal power divider, which is based on trans-directional coupled lines, is proposed to achieve dual-band NGD microwave circuits with arbitrary operation frequency ratio. Then the key technology for NGD microwave circuits with simple independently adjustable operation frequency and group delay will be proposed. A balanced dual-band NGD equalization technique is proposed to solve the matching problem of the NGD-based externally-equalized linear phase filter. Furthermore, self-equalized linear phase filters based on the NGD impedance transformer will be realized by using the multi-objective hybrid optimization algorithm to minimize the group delay fluctuation in the whole passband.

传统群时延均衡器只能填补凹陷的群时延，但会导致系统整体时延增加，而负群时延（NGD）技术可克服该缺点，为解决无线通信、卫星导航与雷达系统宽带化面临的群时延失真难题提供了新思路。NGD技术还将对未来的零时延通信做出重要的贡献。但已有的NGD实现方法具有带宽窄、插入损耗大、NGD性能随温度变化大的缺点，因此研究NGD微波电路宽带化新方法及其功能扩展关键技术具有重要意义。.提出基于干涉的NGD实现方法，消除电阻的温变特性对NGD性能的影响，降低插入损耗并拓展NGD带宽；提出基于横跨定向耦合线的小型双频不等分功分器，实现任意频率比的双频NGD；提出NGD和频率双重可调关键技术，使工作频率和群时延具有简单独立的调节电路；提出平衡式双频NGD均衡技术，解决NGD外部均衡线性相位滤波器的匹配难题；提出基于NGD阻抗变换器的自均衡线性相位滤波器，并结合多目标混合优化算法，实现通带全频段群时延的波动最小化。

本项目针对传统群时延均衡器只能填补凹陷的群时延，但会导致系统整体时延增加，研究了负群时延（NGD）微波电路宽带化新方法及其功能扩展关键技术。取得的主要创新成果如下：提出了自匹配宽带NGD微波电路的设计方法，研制了一种群时延平坦的宽带NGD微波电路和一种宽带低插损平坦负群时延微波电路；提出了多频NGD微波电路的设计方法，研制了一种频率比范围宽的双频NGD微波电路、一种插入损耗低的双频NGD微波电路和一种三频NGD微波电路；提出了一种工作频率和群时延均可调的自匹配NGD微波电路，其工作频率与群时延可独立电调，且无论工作频率与群时延如何调节，其输入输出端口均能实现阻抗匹配；提出了一种群时延平坦度可调的可重构NGD微波电路，在NGD值重构过程中，群时延波动可独立地进行电调，实现了平坦的负群时延；提出了一种负群时延Gysel功分器，在实现负群时延特性的同时实现了良好的阻抗匹配；提出了一种平衡−不平衡负群时延功分器，提高了共模抑制性能；提出了两种线性相位带通滤波器的设计方法，包括基于NGD微波电路的外部均衡法和基于新型群时延补偿导纳倒置变换器的自均衡法，有效地减小了带通滤波器通带全频段的群时延波动幅度。. 项目原计划发表论文20篇，其中SCI检索期刊论文至少12篇，IEEE Transactions期刊论文至少4篇，申请发明专利6~8项。截止到2022年12月底，项目组已发表期刊论文34篇（SCI检索期刊论文26篇，含IEEE Transactions期刊论文5篇；EI检索期刊论文8篇，不包含SCI检索期刊论文）；申请发明专利13项（3项已授权）。在本项目执行过程中，培养微波技术领域专业技术人才8名，其中博士研究生4名，硕士研究生4名。依托本项目的资助与培养，项目负责人王钟葆、参与人刘宏梅等2人荣获了辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才称号，2人荣获了博士研究生国家奖学金，2人荣获了硕士研究生国家奖学金。