L-C双分支定向耦合器的参数优化设计与实验.doc

目录  TOC \o 1-3 \h \z \u  HYPERLINK \l _Toc281338759 1、定向耦合器的原理  PAGEREF _Toc281338759 \h 2  HYPERLINK \l _Toc281338760 2定向耦合器的设计  PAGEREF _Toc281338760 \h 2  HYPERLINK \l _Toc281338761 3设计实例：  PAGEREF _Toc281338761 \h 3  HYPERLINK \l _Toc281338762 4模块介绍：  PAGEREF _Toc281338762 \h 4  HYPERLINK \l _Toc281338763 5、实验步骤  PAGEREF _Toc281338763 \h 4  HYPERLINK \l _Toc281338764 6参考资料  PAGEREF _Toc281338764 \h 7  L-C双分支定向耦合器的参数优化设计与实现 1、定向耦合器的原理 定向耦合器是一种有方向性的功率耦合元件，可用于监视功率、频率和频谱；对功率进行分配和合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；还可用来测量反射系数和功率等。 定向耦合器是四端口网络结构，如图5－1所示。 图5－1 定向耦合器 设信号输入端（port_1）的功率为P1，信号直通端（port_2）的功率为P2，信号耦合端（port_3）的功率为P3，信号隔离端（port_4）的功率为P4。在各端口均接匹配负载的情况下，定义下述各项技术指标： 传输系数： （5－1） 耦合系数： （5－2） 隔离系数： （5－3） 方向系数： （5－4） 它们之间的关系为：D(dB)=I(dB)-C(dB) （5－5） 2定向耦合器的设计 常见的定向耦合器可分成双分支型和平行线型。其设计方法说明如下： （1）双分支型 此型电路根据使用元件又可分为低通L-C式、高通L-C式，如图5－2（a）（b）所示。其设计步骤如下： 步骤一：确定耦合器规格。包括耦合系数C(dB)、端口阻抗ZC(Ω)和电路工作中心频率f0（Hz）。 步骤二：利用下列公式计算出K、ZCS和ZCP。 ， ， （5－6） 步骤三：利用下列公式计算出所需的元件值。 ① 低通L-C式 ， （5－7） ② 高通L-C式 ， （5－8） 步骤四：根据实测进行检验，并经微调以达到规格要求。 （2）平行线型 不属于设计要求，所以不做说明。 3设计实例： 设计一个适用于650MHz，15dB的低通L-C双分支定向耦合器（ZC=50Ω）。 C= -15dB，f0＝650MHz ， ， 4模块介绍： 定向耦合器模块是根据上述原理设计而成的，它由L-C双分支定向耦合器组成。通过测试该模块的S11、S21（P1、P2端口的传输）、S31（P1、P3端口的传输）和S41（P1、P4端口的传输）值，观察定向耦合器的性能。其中S21反映了耦合器模块的传输系数；S31反映了耦合器模块的耦合系数；S41反映了耦合器模块的隔离系数。理想情况下，耦合系数S31＝－15dB。该模块的性能指标如表5－1所示。 表5－1 耦合器模块性能指标 名 称适用频率范围主要特性L-C双分支 定向耦合器640－660MHzS11≤－8dB S21＝－1±1 dB S31＝－15±1.5 dB S41≤－8dB5、实验步骤 1、L-C双分支定向耦合器（P1端口）S11的测量： （1）用两条1MΩBNC连接线（黑色）分别将ZY1702B2射频训练系统主机的X、Y端子与示波器的CH1、CH2端子相连。 （2）打开示波器，将其设置为XY模式（通过DISPLAY按钮设置）。将通道CH1和CH2输入设置为直流耦合方式，电压刻度均为1V/Div，探头均为×1档。同时使示波器工作在正极性状态。 （3）按下主机的POWER键，启动ZY1702B2射频训练系统，主机进入频率校正过程，即主机屏幕第一行显示Calibrating…