反向定向耦合器.PPT

第6章 定向耦合器 6.1 定向耦合器的基本原理 6.2 集总参数定向耦合器 6.3 耦合微带定向耦合器 6.4 应用奇偶模理论分析定向耦合器 6.5 分支线型定向耦合器 6.6 环形桥定向耦合器 6.7 波导定向耦合器 6.1 定向耦合器的基本原理 6.1.1 定向耦合器的技术指标 包括频率范围、 插入损耗、 耦合度、 方向性、 隔离度等。 (1) 工作频带: 定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关系,也就是说与频率有关。 (2) 插入损耗： 主路输出端和主路输入端的功率比值,包括耦合损耗和导体介质的热损耗。 (3) 耦合度: 描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系,通常用分贝表示,dB值越大,耦合端口输出功率越小。耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。 (4) 方向性: 描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关系。理想情况下,方向性为无限大。 (5) 隔离度: 描述主路输入端口与耦合支路隔离端口的比例关系。理想情况下,隔离度为无限大。 6.1.2 定向耦合器的原理 ? 定向耦合器是个四端口网络结构。 若P1、P2、 P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示,定向耦合器的四大参数则可定义为： 6.2 集总参数定向耦合器 6.2.1 集总参数定向耦合器设计方法 常用的集总参数定向耦合器是电感和电容组成的分支线耦合器。其基本结构有两种： 低通L-C式和高通L-C式。 集总参数定向耦合器的设计步骤： 步骤一: 确定耦合器的指标,包括耦合系数C(dB)、 端口的等效阻抗Z0（Ω）、电路的工作频率fc。 步骤二：利用公式计算出k、Z0s及Z0p: 步骤三: 利用下列公式计算出元件值: （1） 低通L-C式: （2） 高通L-C式: 步骤四: 利用模拟软件检验,再微调。 6.2.2 集总参数定向耦合器设计实例 设计一个工作频率为400 MHz的10 dB低通L-C支路型耦合器。Z0=50 Ω,要求S11≤-13dB, S21≥-2 dB, S31≥-13 dB,S41≤-10 dB。 步骤一: 确定耦合器的指标,C=-10dB,fc=400MHz, Z0=50 Ω。 步骤二: 计算K、Z0s、 Z0p： 步骤三: 利用下列公式计算元件值： 6.3 耦合微带定向耦合器 6.3.1 平行耦合线耦合器基本原理 通常,它由主线和辅线构成,两条平行微带的长度为四分之一波长。信号由1口输入,2口输出,4口是耦合口,3口是隔离端口。 因在辅线上耦合输出的方向与主线上波传播的方向相反,它也被称为“反向定向耦合器”。当导线1—2中有交变电流i1流过的时候,由于4—3线和1—2线相互靠近,4—3线中耦合有能量,能量既通过电场（以耦合电容表示）又通过磁场（以耦合电感表示）耦合。通过耦合电容Ｃm的耦合,在传输线4—3中引起的电流为ic4和ic3。 同时由于i1的交变磁场的作用,在线4—3上感应有电流iL。 根据电磁感应定律,感应电流iL的方向与i1的方向相反, 所以能量从1口输入, 耦合口就是4口。而在3口因为电耦合电流的ic3与磁耦合电流iL的相位相反而叠加抵消,故3口是隔离口。 6.3.2 平行耦合线耦合器设计方法 平行线耦合定向耦合器的设计步骤: 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：计算奇模阻抗和偶模阻抗Z0e和Z0o。  步骤三: 依据基板参数（εr, h）,利用软件Mathcad11计算Z0e、Z0o的微带耦合线的宽度及间距（W, S）和四分之一波长的长度（P）。 步骤四: 利用模拟软件检验,再微调。 6.3.3 平行耦合线耦合器设计实例 设计一个工作频率为750 MHz的10dB平行线型耦合器(Z0=50 Ω)。 步骤一: 确定,包括C=-10dB,fc=750MHz, FR4基板参数εr=4.5, h=1.6 mm，tanδ=0.015,材料为铜(1 mil)。 步骤二: 计算奇偶模阻抗： 步骤三: 建立图示电路拓扑, 计算得W=2.38mm,S=0.31mm, P=57.16mm,且50Ω微带线宽度W50=2.92mm。 仿真结果如图示。 问题： 1.可变衰减器的衰减量动态范围和平坦度 问题： 3.对称无耗匹配理想的定向耦合器的S矩阵是？ 6.4 应用奇偶模理论分析定向耦合器 设有幅度为1的波从端口1输入，分解为奇偶模激励 RFMW 成都信息工程学院电子工程系 RFmw