耦合器设计--基本理论.ppt

耦合器设计 微带耦合器 微带耦合器 耦合器couplers(有时也叫混合环Hybrids)它是微波电路中常用的无源设备。它们通常有四个端口，每个端口都符合负载端接条件，即端口的反射系数在给定频率范围内非常小。 耦合参数定义 耦合器是一个四端口网络，四个端口是输入端口、直接端口、耦合端口和隔离端口。设P一是馈入端口1的功率，P2、P3、P在端口2、3、4可获得的功率中，描述该端口的网络参数主要包括： 耦合系数(dB) 方向性(dB) 隔离度(dB) 通过率(dB) 各端口的反射系数s11、s22、s33、s44 (dB) 微带分支桥的工作原理 环形分支电桥原理 对于3dB耦合器，并联臂和串联臂的阻抗分别为Zp=Z0、 Zr=Z0/ ，Z特征阻抗为输入端和输出端。因此，串联臂微带导带宽度较宽，如图5-47所示a。因此，串联臂微带导带宽度较宽，如图5-47所示a。微带双分支定向耦合器也可制成圆形结构，称为环形分支桥，如图5-47所示b。从1臂的输入功率平分为2臂和3臂，从4臂的路径相差为半波长/2，相位相反，所以4臂没有输出，是隔离臂。从1臂到2臂和3臂的功率相等，但路径相差因此，有90/4相位差。广泛应用于混频器电路中的方形分支桥和环形分支桥。 图5-47 (a)方形分支桥； (b)圆形分支桥 平行耦合线耦合器 平行耦合线耦合器(见图5-48)有两种对称性:1。对称面上的电流=0.电压最大，相当于开路，称为偶对称；2.另一种分布，对称表面电压=最大电流，相当于短路，称为奇对称。耦合线上的任何场分布都可以看作是奇模和偶模场分布的组合。耦合线结构3dB定向耦合器的设计方程如下。 平行耦合线耦合器 对于准TEM模具，输入匹配条件为 以及 耦合器的耦合系数及方向性都是频率的函数 式中 下标e、o表示属于偶模even和奇模odd的量。 ?e、?o是偶模和奇模的传播常数。 当方向达到最佳。所以从方向上看，希望奇模和偶模相速相同。为此，耦合两端并联电容C1、C2.并联电容对偶模无效，对奇模相移有影响，增加相移?o为 式中f0是耦合器的中心频率。 螺旋耦合器、折叠线耦合器 耦合器的结构类型很多，如平面结构的螺旋耦合器和折叠线耦合器。 (a)(b) 图5-50 (a)螺旋耦合器；(b)折叠线型耦合器 3dB交叉指lange耦合器 图5-44(d)所示3dB交叉指lange耦合器。端口1输入，端口2和3输出功率相等，但90其特点是频带宽，设计公式为 C是电压耦合系数，R为阻抗比，Z归一化奇模阻抗，R、Z见图5-49，与耦合系数C关系，N导体数一般为4，Z0e、Z0o表示偶模、奇模阻抗，Z0为端口阻抗，当N=2， ，当N?2时，这种关系不成立。 交叉指耦合器的耦合段有两个短指和长指，短指长度取工作频段最高频率gh/4，长指最低工作频率gL/4。连接相应耦合指数的跳线多少？m金丝或铝丝的直径，叉指尺寸W、S由要求奇和偶模阻抗决定。 波导结构耦合器T * 图5-44 微波混合环与耦合器 (a)分支线混合环； (b)混合环集总参数分支； (c)平行耦合定向耦合器； (d)3dB lange耦合器 图5-45 A B D C ?/4 y01=1 y02=1/R ?/4 y0 = b y0 = b y0 = a1 y0 = a2 y04=1 y03=1/R 对称 平面 (1) (2) (4) (3) (a) ?/4 ?/8 ?/8 1 b 1/R a1 a2 A B (d) ?/4 ?/8 ?/8 1 b 1/R a1 a2 A B (e) (b) 开路 (c) 短路 图2-46 微带双分支定向耦合器 图5-48 微带耦合器集中电容补偿 图5-48 微带耦合器集中电容补偿 *