本发明是涉及微波工程技术领域，具体的说是用于一种基于rlc的带通负群时延电路及设计方法。
背景技术：
20世纪早期，美国科学家a.sommerfeld和l.brillouin提出了群时延为负的可能性后，在相当长的一段时间内“负群时延”颇受争议，直到贝尔实验室的chu和wong第一次在激光脉冲穿过gap:n样品的实验中观察到了负群速。此后，在其他光学、量子试验中，群速为负或大于光速也被多次被证实。进入二十世纪后，随着左手材料等新型材料的发展和对通信系统性能的要求越来越高，更多的研究人员开始对群时延展开研究。尤其是近些年来，负群时延电路因其特殊的性能和在前馈放大器、天线阵列等领域的广泛应用，吸引了世界各国研究者的注意，成为又一个研究热点。然而目前负群时延电路的研究成果主要集中在西方发达国家，特别是美国和日本，国内对于这一领域还处在起步阶段。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于rlc的带通负群时延电路及设计方法，根据需要的负群延时电路性能参数，如群时延τ0，插入损耗a，便利的计算出负群延时电路的输入参数，如电阻r,电感l,电容c。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于rlc的带通负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为r0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有基于rlc的谐振电路，其中基于rlc的谐振电路由电阻r、电感l、电容c依次串联组成，所述的基于rlc的谐振电路并连在网络输入端口与网络输出端口之间。
该种基于串联rlc带通负群时延电路的设计方法为：首先，根据s参数理论，推导出群时延电路的s参数矩阵，利用推导出的s参数矩阵中的插入损耗s21,由公式
根据s参数理论，推导出电路的s参数：
其中r0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；
电路中电容c满足：
式中ω0为中心频率；
在中心频率ω0时的s参数如下：
根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：
其中
由公式(1)、(2)、(4)、(5)可得在中心频率ω0时的群时延：
当ω＝ω0时，由公式(3)得：
令
由式(6)、(7)、(8)得：
根据式(2)、(9)、(10)，可以根据所需的群时延τ0，插入损耗a，进而求得电阻r,电感l，电容c。
一种基于rlc的带通负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为r0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有基于rlc的谐振电路，其中基于rlc的谐振电路由相互并联的电阻r、电感l、电容c组成，所述的基于rlc的谐振电路串连在网络输入端口与网络输出端口之间。
该种基于并联rlc带通负群时延电路的设计方法为：首先，根据s参数理论，推导出群时延电路的s参数矩阵，利用推导出的s参数矩阵中的插入损耗s21,由公式
根据s参数理论，推导出电路的s参数：
式中r0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；
电路中电容c满足：
式中ω0为中心频率；
在中心频率ω0时的s参数如下：
根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：
其中
由公式(14)、(15)、(11)、(12)可得在中心频率ω0时的群时延：
当ω＝ω0时，求得：
令
由公式(12)、(16)、(17)、(18)得：
根据公式(12)、(19)、(20)，可以设置的任意大小群时延τ0，插入损耗a，进而求得电阻r,电感l，电容c。
本发明的有益效果是：研究人员可以依据自己需要的负群延时电路性能参数，如群时延τ0，插入损耗a，便利的计算出负群延时电路的输入参数，如电阻r,电感l,电容c。
附图说明
图1为本发明基于串联rlc带通负群时延电路图。
图2为本发明基于并联rlc带通负群时延电路图。
图3为本发明基于串联rlc负群时延电路的s21参数仿真结果示意图。
图4为本发明基于串联rlc负群时延电路的群时延仿真结果示意图。
图5为本发明基于并联rlc负群时延电路的s21参数仿真结果示意图。
图6为本发明基于并联rlc负群时延电路的群时延仿真结果示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于rlc的带通负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为r0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有基于rlc的谐振电路，其中基于rlc的谐振电路由电阻r、电感l、电容c依次串联组成，所述的基于rlc的谐振电路并连在网络输入端口与网络输出端口之间。
该种基于串联rlc带通负群时延电路的设计方法为：首先，根据s参数理论，推导出群时延电路的s参数矩阵，利用推导出的s参数矩阵中的插入损耗s21,由公式
根据s参数理论，将
带入
其中r0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；本实施例中取r0＝50ω。
电路中电容c满足：
式中ω0为中心频率；
在中心频率ω0时的s参数如下：
根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：
其中
由公式(1)、(2)、(4)、(5)可得在中心频率ω0时的群时延：
当ω＝ω0时，由公式(3)得：
令
由式(6)、(7)、(8)得：
根据式(2)、(9)、(10)，可以根据所需的群时延τ0，插入损耗a，进而求得电阻r,电感l，电容c。
本实施例中，通过公式1-10，对于串联rlc负群时延电路，当负群延时值为-5ns，对应的s21值设定为-4db，计算出结果为：r＝42.73ω；l＝289.43nh；c＝0.35pf。
当负群延时值为-6ns，对应的s21值设定为-6db，计算出结果为：r＝25.11ω；l＝150.99nh；c＝0.67pf。
把计算出的r、l、c的值带入电路仿真验证，得到s21参数仿真结果如图3所示，由图3可知，在中心频率0.5ghz时，电路的插入损耗分别为-4db、-6db，与预先设置的插入损耗值相吻合。
得到关于负群延时值的仿真结果如4所示，由图4可知，在中心频率0.5ghz时，电路的群时延分别为-5ns、-6ns，与预先设置的群时延τ0的值相吻合。可以验证该理论方法的有效性。
如图2所示，一种基于rlc的带通负群时延电路，其特征在于：包括信号源,所述的信号源与网络输入端口连接，所述的网络输入端口与网络输出端口，所述的网络输出端口外接负载，信号源的阻抗与负载阻抗均为r0，所述的网络输入端口与网络输出端口之间设置有基于rlc的谐振电路，其中基于rlc的谐振电路由相互并联的电阻r、电感l、电容c组成，所述的基于rlc的谐振电路串连在网络输入端口与网络输出端口之间。
该种基于并联rlc带通负群时延电路的设计方法为：首先，根据s参数理论，推导出群时延电路的s参数矩阵，利用推导出的s参数矩阵中的插入损耗s21,由公式
根据s参数理论，将
带入
式中r0是连接在网络输入、输出端口的特性阻抗；
电路中电容c满足：
式中ω0为中心频率；
在中心频率ω0时的s参数如下：
根据电路系统理论，设jω为电路的角频率，群时延公式为：
其中
由公式(14)、(15)、(11)、(12)可得在中心频率ω0时的群时延：
当ω＝ω0时，求得：
令
由公式(12)、(16)、(17)、(18)得：
根据公式(12)、(19)、(20)，可以设置的任意大小群时延τ0，插入损耗a，进而求得电阻r,电感l，电容c。
本实施例中，通过公式11-20，对于并联rlc负群时延电路，当负群延时值为-8ns，对应的s21值设定为-5db，计算出结果为：r＝77.82ω；l＝0.2157nh；c＝117.4pf。
当负群延时值为-10ns，对应的s21值设定为-6db，计算出结果为：r＝99.52ω；l＝0.2512nh；c＝100.8pf。
把计算出的r、l、c的值带入电路仿真验证，得到s21参数仿真结果如图5所示，由图5可知，在中心频率1ghz时，电路的插入损耗分别为-5db、-6db，与预先设置的插入损耗值相吻合。
得到关于负群延时值的仿真结果如6所示，由图6可知，在中心频率1ghz时，电路的群时延分别为-8ns、-10ns，与预先设置的群时延值相吻合，可以验证该理论方法是有效的。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。