耦合器设计--基本理论详解.ppt

耦合器设计 微带耦合器 微带耦合器 耦合器couplers(有时又叫混合环Hybrids)是微波电路中常用的无源器件，它们一般有四个端口，且每一端口为匹配负载端接条件，也就是说在给定频率范围内，端口的反射系数是很小的。 耦合器参数定义 耦合器是四端口网络，四个端口是输入端口、直通端口、耦合端口与隔离端口。设P1是馈入端口1的功率，P2、P3、P4分别在端口2、3、4可得到的功率，描述该端口的网络参数主要有： 耦合系数 （dB） 方向性 （dB） 隔离度 （dB） 通过率 （dB） 各个端口的反射系数s11、s22、s33、s44 （dB） 微带分支电桥的工作原理 环形分支电桥原理 对于3dB耦合器，并联臂和串联臂的阻抗分别为Zp=Z0、 Zr=Z0/ ，Z0是输入端和输出端特征阻抗。所以串联臂微带线导带宽度更宽，如图5-47a。微带双分支定向耦合器也可做成圆形结构，叫做环形分支电桥，如图5-47b。从1臂的输入功率平分到2、3臂，它们到4臂路径相差半个波长即?/2，相位相反，故4臂没有输出，为隔离臂。从1臂到2臂、3臂的功率相等，但路径相差?/4，因而有90?相位差。方形分支电桥、环形分支电桥，在混频器电路中应用甚广。 图5-47 （a）方形分支电桥； （b）圆形分支电桥 平行耦合线耦合器 平行耦合线耦合器（见图5-48）具有两种对称性：1、对称面上电流=0，电压最大，相当于开路，称为偶对称；2、另一种分布，对称面上电压=0，电流最大，相当于短路，称为奇对称。耦合线上任何场分布都可看成奇模与偶模场分布的组合。基于奇、偶模分析可得到耦合线结构3dB定向耦合器的设计方程，如下。 平行耦合线耦合器 对于准TEM模，输入匹配条件为 以及 耦合器的耦合系数及方向性都是频率的函数 式中 下标e、o表示属于偶模even和奇模odd的量。 ?e、?o是偶模和奇模的传播常数。 当 方向性达到最佳。因此从方向性考虑，希望奇模与偶模具有相同的相速。为此在耦合两端并联电容C1、C2，并联电容对偶模不起作用，对奇模相移有影响，其增加的相移??o为 式中f0是耦合器中心频率。 平面结构的螺旋耦合器、折叠线型耦合器 耦合器结构型式众多，如平面结构的螺旋耦合器和折叠线型耦合器。 （a） （b） 图5-50 （a）螺旋耦合器；（b）折叠线型耦合器 3dB交叉指lange耦合器 图5-44(d)所示3dB交叉指lange耦合器。端口1输入，端口2和3输出功率相等，但有90?相移，其特点是频带宽，设计公式为 C是电压耦合系数，R为阻抗比，Z为归一化奇模阻抗，R、Z与耦合系数C关系见图5-49，N为导体数，一般为4，Z0e、Z0o表示偶模、奇模阻抗，Z0为端口阻抗，当N=2， ，当N?2时，这个关系不成立。 交叉指耦合器的耦合段有两个短指和长指，短指长度取工作频段内最高频率的?gh/4，而长指应为最低工作频率的?gL/4。连接相应耦合指的跳线为几十?m直径的金丝或铝丝，叉指尺寸W、S由要求奇、偶模阻抗决定。 波导结构耦合器---魔T * 图5-44 微波混合环与耦合器 (a)分支线混合环； (b)集总参数分支混合环； (c)平行耦合定向耦合器; (d)3dB lange耦合器 图5-45 A B D C ?/4 y01=1 y02=1/R ?/4 y0 = b y0 = b y0 = a1 y0 = a2 y04=1 y03=1/R 对称 平面 (1) (2) (4) (3) （a） ?/4 ?/8 ?/8 1 b 1/R a1 a2 A B （d） ?/4 ?/8 ?/8 1 b 1/R a1 a2 A B （e） （b） 开路 （c） 短路 图2-46 微带双分支定向耦合器 图5-48 集中电容补偿微带耦合器 图5-48 集中电容补偿微带耦合器 *