4定向耦合器.ppt

微带改进的鼠笼式混合接头（可实现宽带） 设计还需考虑： 1、导体损耗和介质损耗 2、对于不连续性和杂散的补偿设计 3、介质结构的异向性，造成奇、偶模的不同相速，使定向性变差，可 利用屏蔽 利用集中电容 利用介质重叠 6.7 孔耦合定向耦合器 4 端口 隔离端口 2端口 直通端口 1 端口 输入端口 3端口 耦合端口 波导定向耦合器 6.7.1 倍兹孔定向耦合器  小孔能用电和磁偶极矩组成的等效源替代，法向的电偶极矩和轴向的磁偶极矩向两边辐射时是偶对称的，而横向磁偶极矩的辐射是奇对称的，调整两源的相对振幅能抵消在隔离端口上的辐射，加强耦合端口上的辐射，对于平行波导，耦合是通过小孔离波导窄壁的距离s控制，而对于斜交波导，耦合是通过两波导之间的角度控制的。 6.7.2 多孔耦合器及其工作原理 两孔有四分之一波长，在耦合口波同相叠加，在隔离口反向相消，耦合度有较低的频率依赖性，方向性对频率有较高的依赖。 6.7.3 波导双T和魔T 魔T与混合环有相似的性质 （1）双T及其性质 将具有共同对称面的E―T接头 和H―T接头组合起来 ? 、?平分臂， ? 、?隔离臂 性质 （1） ? 口输入， ? 、?等幅反相输出， ?口输出为0 （2） ? 口输入， ? 、?等幅同相输出， ?口输出为0 （3） ? 、?等幅同相输入， ? 口无输出， ?口有输出 （4） ? 、?等幅反相输入， ?口有输出， ?口无输出 （5） ?口输入， ?、 ?等副同相输出， ?口无输出 由上述性质，有 魔T的S参数为 由S矩阵，端口1和4互相隔离，端口2和3也互相隔离 * K即S31幅值的平方 * Lange耦合器还有助于补偿偶模和奇模相速的不相等，缺点在于对跨线之间的连接线加工困难。 * 两种情况：一种是奇、偶模反射系数都为0，传输系数不相等，对应耦合器1、4隔离，3耦合；另一种是奇、偶模系数等幅反相，传输系数相等，对应耦合器1、3隔离，4耦合。 * 奇、偶模分别得到的反射系数和传输系数代入前面31页的S参数和奇、偶模反射系数、传输系数的关系式中，可得分支线耦合器的S矩阵。 * * 注：1、无耗的四端口器件可同时实现互易和各端口的匹配 2、若1、4端口匹配，2、3端口会自动达到匹配。 展开，得 引入偶模反射系数和传输系数 和 由于对称，1—2和3—4可看作两根独立且完全相同 的波导， 是其中之一的反射系数和传输系数 和 奇模激励时，有 展开，得 由各反射系数和传输系数的表示式求得S参量为 引入奇模反射系数和传输系数 和 6.5 分支线型定向耦合器 6.5.1 分支线型定向耦合器原理 如图示,各条支线在中心频率上是四分之一波导波长,由于微带的波导波长还与阻抗有关,故图中支线与主线的长度不等,阻抗越大, 尺寸越长。 图 6-10分支线耦合器 如果分支线耦合器的各个端口接匹配负载,信号从1口输入,4口没有输出,为隔离端,2口和3口的相位差为90°,功率大小由主线和支线的阻抗决定。 6.5.2 分支线型定向耦合器设计 设计步骤: 步骤一: 确定耦合系数C(dB)、 各端口的特性阻抗Z0（Ω）、中心频率fc、基板参数（εr,h）。 步骤二: 计算支线和主线的归一化导纳a和b: 步骤三: 计算特性阻抗Za和Zb和相应的波导波长。 步骤四: 用软件计算微带实际尺寸。 6.5.3 分支线型定向耦合器设计实例 设计3dB分支线耦合器,负载为50Ω,中心频率为 5GHz,基板参数为εr＝9.6,h=0.8mm。 步骤一: 确定耦合器指标。 步骤二: 计算归一化导纳:  b= , a=1 步骤三: 计算特性阻抗： 步骤四: 计算微带实际尺寸: 支线 50Ω W=0.83 mm, L=6.02mm 主线 35.3Ω W=1.36 mm, L=5.84 mm 6.5.4 如何直接写出其S矩阵（3dB）？ 6.5.5 如何由奇偶模分析法验证其S矩阵？ 对于偶模， 对于奇模， 奇偶模叠加，得 当频率在中心频率附近变化10%时，相差也改变±50，由于超出带宽10%外的隔离度不能接受，其有用带宽限制在10%，理论上能设计成3～9dB的耦合度。 a2 a1 b 接上页 R 1 0.75 0.5 1/3 0.707 0.614 0.5 b 1.414 1.61 2 a1 1 1 1 1 a2 1 1.34 2 3 分支线定向耦合器 圆形分支线耦合器 6.6 环形桥定向耦合器 混合环又称环形桥, 两个输出端口