混合环设计分析解析.docxVIP

吴星寒 912104220246 微波/毫米波电路分析与设计课程设计 ——Rat-race Ring Design 姓名：吴星寒 学号：912104220246 专业：通信工程 指导老师：李兆龙 1 吴星寒 912104220246 Rat-race Ring Drawn by Photoshop Microstrip 180° hybrid coupler(rat-race ring) is an important RF/microwave component in 4G/5G and WPAN wireless communication industry. Task Requirements: Design such a component working at 24.125 GHz, using substrate RT/duroid 6002, 20mil thickness. Requirements: 20dB return loss bandwidth 6% 20dB isolation bandwidth 6% Amplitude imbalance 1dB Insertion Loss 1dB 2 吴星寒 912104220246 实验设计原理： Rate-race ring 即微带环形耦合器或者混合环，是四端口网络，可以由微带线制成。整个环的周长为 1.5λ，四个分支线并联在环上，将环分为 4 段。 混合环有两个端口相互隔离，另外两个端口平分输入功率的特性，因此可以看作是一个 3dB 定向耦合器。 当端口 1 输入信号时，到达端口 2 的两路信号等幅同相，端口 2 有输出，相位滞后 90°；达到端口 4 的两路信号等幅反相，端口 4 无输出；达到端口 3 的两路信号等幅同相，端口 3 有输出，相位滞后 90°。其中端口 2 和端口 3 输出振幅相同。得到如下关系式： S31=S = 1/√2(-j) 21 S41=0 端口 2 输入信号时，到达端口 1 的两路信号等幅同相，端口 1 有输出，相位 滞后 90°；到达端口 4 的两路信号等幅同相，端口 4 有输出，相位滞后 70°；到达端口 3 的两路信号等幅反相，端口 3 无输出。其中端口 1 和端口 4 输出振幅相同。得到如下关系式： S12= 1/√2(-j) S42= 1/√2 j S32=0 当端口 4 输入信号时，到达端口 1 的两路信号等幅反相，端口 1 无输出； 到达端口 2 的两路信号等幅同相，端口 2 有输出，相位滞后 270°；到达端口 3 的两路信号等幅同相，端口 3 有输出，相位滞后 90°。其中端口 2 和端口 3 输出振幅相同。得到如下关系式： S14=0 S24=1/√2 j S34=1/√2 (-j) 当端口 3 输入信号时，到达端口 1 的两路信号等幅同相，端口 1 有输出，相 位滞后 90°；到达端口 2 的两路信号等幅反相，端口 2 无输出；到达端口 4 的两路信号等幅同相，端口 4 有输出，相位滞后 90°。其中端口 1 和端口 4 输出振幅相同。得到如下关系式： S13= 1/√2(-j) S23=0 S43=1/√2 (-j) 实验设计步骤： 1、创建Project 创建一个混合环prj，我们所设计的原理图及仿真结果都将保存在这个项目中，将此工程命名为ratracering，长度单位设为mil。 创建完成及之后的路径如下： 3 吴星寒 912104220246 2、搭建混合环原理图 在原理图元件面板列表上选择 Tlines-Microstrip中的微带线参数设置控件MSub和Passive Circuit DG - Microstrip Circuits中的混合环元件RRCplr，将他们插入原理图，画图区参数设置如下： 注： Msub中 H表示微带线基板厚度； Er表示基板相对介电常数； Mur表示相对磁导率； Cond表示相对电导率； Hu表示封装高度； T表示导体层厚度； TanD表示损耗角正切； Rough表示表面粗糙度； RRCplr中 Subst表示参数由Msub1决定； F表示混合环中心频率； Z0表示四个端口传输线特性阻抗； Delta表示用于调谐的分支长度增加量 3、利用设计向导生成混合环原理图 选中RRcoupler电路，选择DesignGuid菜单中的Passive Circuit，弹出对话框， 选中对话框中的Microstrip Control Window，弹出Passive Circuit DesignGuid，选择Design Assistant中的Design，系统将自动完成设计过程所得结果如下： 4 吴星寒 912104220246 4、选择MLIN、Term和Grou