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一种结构简单超宽带六端口结设计 　　摘要摘要：设计了一种结构简单超宽带六端口结，该结构由四节椭圆威尔金森功分器和椭圆微带缝隙耦合器?M成，工作频段为6～20GHz，通过扩展功分器的节数扩展了六端口结的工作频带，通过改变功分器和耦合器每节微带线的形状，扩展了六端口结的整体性能。仿真结果表明，设计的六端口结在工作频带内具有良好的性能，其中，输入端的回波损耗优于-17dB，输入端和隔离端的隔离度为-29dB，输出端幅度保持在（-7±1.5）以内，输出端相位保持在±3.7°以内 关键词关键词：六端口结；威尔金森功分器；缝隙耦合器；节数扩展；超宽带 DOIDOI：10.11907/rjdk.162620 中图分类号：TP319 文献标识码：A文章编号文章编号2017）005009904 0引言 六端口技术因为能够简单、准确地测量微波网络的散射参量而为人所知[1]。将六端口理论应用在直接变频接收机，它可以直接在微波、甚至毫米波频段上实现对MPSK、QAM等数字信号的解调[23]。这样就使得A/D转换器只需工作在基带频率上，很大程度上降低了A/D转换器的处理压力，从而也降低了成本。近年来，越来越多的学者对六端口技术进行研究 六端口接收机最基本的组成部分就是六端口结和四个功率检测计，其中六端口结是六端口接收机中最重要的一部分，它将本振信号和射频输入信号利用特定的相位和幅度关系来产生模拟的I/Q信号。六端口结电路通常由3个耦合器和1个功分器组成。文献[4]中设计了一种频带范围为2～8GHz的六端口结，该六端口结由威尔金森功分器和交叉串联耦合器组成，并在工作频带范围内具有良好的性能，但由于交叉串联耦合器多节设计比较复杂，而且采用三层的带状线结构，存在与功分器中微带线的过渡损耗，从加工角度考虑比较难于实现。因此，文献[5]实现了频带范围为6～18GHz的宽带六端口结，该结构由异面反向功分器和微带缝隙耦合器组成，都采用了双面的微带线结构，不存在微带线和带状线的过渡，而且结构简单、易于加工，但幅度不平衡度和相位不平衡度还有提升的空间。因此，基于上述分析，本文结合威尔金森功分器和缝隙耦合器的优势，设计了一种由威尔金森功分器和微带缝隙耦合器组成的六端口结电路，并对威尔金森功分器和微带缝隙耦合器在微带线的形状部分作了改进，有效提高了整体六端口的频带宽度和性能 1六端口结设计与仿真 1.1威尔金森功分器设计 功分器属于三端口网络，不可能所有端口都是无损的、匹配的，而威尔金森功分器中由于只有反射功率的损耗[5]，可以很好地解决该问题。虽然新型多层结构的功分器[6]已被实现，但是它们的输出端口之间的平衡度还有待提高。相反，二等分的威尔金森功分器具有相当好的平衡度。因此，基于威尔金森功分器的优势，本文选用威尔金森功分器来设计实现性能优良、具有较小不平衡度的六端口结电路。单节的威尔金森功分器设计简单，但是其只能工作在窄带范围内，而使用多节阻抗变换线相连能够达到扩展威尔金森功分器工作带宽的目的。多节威尔金森功分器是利用切比雪夫多节阻抗变换器[7]实现，主要原理是由多根长度相等而阻抗不等的传输线来构成整体的传输线，通过增加传输线的节数来扩大功分器的带宽。为了实现2～20GHz的宽频带，同时为了避免过多节数导致的尺寸增大，威尔金森功分器采用了4节传输线实现，并在传输线长度保证不变的前提下将形状变换为半圆，并在弯折部分进行切角处理，降低了传输损耗，提高了功分器的输出性能。通过查阅多节等功率分配器表格[8]，可以得到各变换节的阻抗Zn，选用的介质基板材料为Rogers4350B，介电常数为3.66，基板厚度为0.254mm，中心频率设为11GHz。由于功分器的传输线采用微带线的结构，令输入输出馈线的特征阻抗Z0=50Ω，每节传输线的长度为中心频率处波长的1/4。根据以上基板参数和各节传输线阻抗和隔离电阻值，利用ADS软件中的微带线计算工具，可以得到每节微带线的宽度如表1所示 由上述仿真结果可以看出，所设计的四节威尔金森功分器在4～20GHz的频带范围内具有良好的输入输出性能，其中回波损耗和隔离度优于-20dB，传输系数保持在（-3±0.8）dB，输出相位保持在±1°以内。相较于文献[8]中的功分器，在不影响性能的前提下，提高了频段，扩展了频带宽度 1.2缝隙耦合器设计 定向耦合器是六端口网络中最重要的组成部分。耦合器输出端口的任何相位和幅度的不平衡都会降低整体六端口的性能，宽带耦合器也是通过多节等波纹结构实现的。耦合器设计的难点就是紧耦合和奇偶模相移速度相等。目前能够实现3dB紧耦合的定向耦合器有Lange耦合器[9]、带状线交叉串联耦合器[10]和微带线缝隙耦合器[11]。Lange耦合器