耦合器設(shè)計(jì)基本理論

耦合器設(shè)計(jì)基本理論演示文稿1現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日（優(yōu)選）耦合器設(shè)計(jì)基本理論.2現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日微帶耦合器3現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日微帶耦合器耦合器couplers(有時(shí)又叫混合環(huán)Hybrids)是微波電路中常用的無(wú)源器件，把電路元件直接連起來(lái)即可構(gòu)成混合環(huán)，而耦合器一般由靠得很近的傳輸線構(gòu)成，它們一般有四個(gè)端口，且每一端口為匹配負(fù)載端接，也就是說(shuō)在給定頻率范圍內(nèi)，端口的反射是很小的，反射系數(shù)一般小于0.1。圖5-44微波混合環(huán)與耦合器（a）分支線混合環(huán)；（b）集總參數(shù)分支混合環(huán)；（c）平行耦合定向耦合器;(d）3dBlange耦合器4現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日耦合器參數(shù)定義耦合器可看成四端口網(wǎng)絡(luò)。四個(gè)端口是輸入端口、直通端口、耦合端口與隔離端口。設(shè)P1是由匹配源饋入端口1功率，P2、P3、P4分別在端口2、3、4可得到的功率，描述該端口的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)主要有四個(gè)：耦合系數(shù) （dB）方向性 （dB）隔離度 （dB）通過(guò)率 （dB）混合環(huán)和耦合器的性能由耦合系數(shù)、方向性以及負(fù)載特性決定，通常隔離端口接匹配負(fù)載。圖5-455現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日微帶分支電橋的工作原理ABDC/4y01=1y02=1/R/4y0=by0=by0=a1y0=a2y04=1y03=1/R對(duì)稱(chēng)平面(1)(2)(4)(3)（a）/4/8/81b1/Ra1a2AB（d）/4/8/81b1/Ra1a2AB（e）（b）開(kāi)路（c）短路圖2-46微帶雙分支定向耦合器

6現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日環(huán)形分支電橋原理對(duì)于3dB耦合器，并聯(lián)臂和串聯(lián)臂的阻抗分別為Zp=Z0、Zr=Z0/，Z0是輸入端和輸出端特征阻抗。所以串聯(lián)臂微帶線導(dǎo)帶寬度比并聯(lián)臂寬，如圖5-47a。微帶雙分支定向耦合器也可作成圓形結(jié)構(gòu)，叫做環(huán)形分支電橋，如圖5-47b。從1臂輸入功率平分到左右兩個(gè)分支，它們到4臂路徑相差半個(gè)波長(zhǎng)，即/2，相位相反，故4臂沒(méi)有輸出，為隔離臂。從1臂到2臂、3臂功率相等，但路徑相差/4，因而有90相位差。方形分支電橋、環(huán)形分支電橋，在混頻器電路中應(yīng)用甚廣。圖5-47（a）方形分支電橋；（b）圓形分支電橋7現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日平行耦合線耦合器平行耦合線耦合器（見(jiàn)圖5-48）具有對(duì)稱(chēng)性：1、對(duì)稱(chēng)面上電流=0，電壓最大，相當(dāng)于開(kāi)路，稱(chēng)為偶對(duì)稱(chēng)；2、另一種分布，對(duì)稱(chēng)面上電壓=0，電流最大，相當(dāng)于短路，稱(chēng)為奇對(duì)稱(chēng)。耦合線上任何場(chǎng)分布都可看成奇模與偶模場(chǎng)分布的組合。基于奇、偶模分析可得到耦合線結(jié)構(gòu)3dB定向耦合器的設(shè)計(jì)方程，如下。圖5-48集中電容補(bǔ)償微帶耦合器8現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日平行耦合線耦合器對(duì)于準(zhǔn)TEM模，輸入匹配條件為

以及 耦合器的耦合系數(shù)及方向性都是頻率的函數(shù)

式中 下標(biāo)e、o表示屬于偶模even和奇模odd的量。e、o是偶模和奇模的傳播常數(shù)。當(dāng) 方向性達(dá)到最佳。因此從方向性考慮，希望奇模與偶模具有相同的相速。為此在耦合兩端并聯(lián)電容C1、C2，并聯(lián)電容對(duì)偶模不起作用，對(duì)奇模相移有影響，其增加的相移o為

式中f0是耦合器中心頻率。圖5-48集中電容補(bǔ)償微帶耦合器9現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日平面結(jié)構(gòu)的螺旋耦合器、折疊線型耦合器耦合器結(jié)構(gòu)型式眾多，圖5-50a是平面結(jié)構(gòu)的螺旋耦合器，b是折疊線型耦合器。 （a） （b）圖5-50（a）螺旋耦合器；（b）折疊線型耦合器10現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日3dB交叉指lange耦合器圖5-44(d)所示3dB交叉指lange耦合器。端口1輸入，端口2和3輸出功率相等，但有90相移，其特點(diǎn)是頻帶寬，設(shè)計(jì)公式為

C是電壓耦合系數(shù)，R為阻抗比，Z為歸一化奇模阻抗，R、Z與耦合系數(shù)C關(guān)系見(jiàn)圖5-49，N為導(dǎo)體數(shù)，一般為4，Z0e、Z0o表示偶模、奇模阻抗，Z0為端口阻抗，當(dāng)N=2， ，當(dāng)N2時(shí)，這個(gè)關(guān)系不成立。交叉指耦合器的耦合段有兩個(gè)短指和長(zhǎng)指，短指長(zhǎng)度取工作頻段內(nèi)最高頻率的gh/4，而長(zhǎng)指應(yīng)為最低工作頻率的gL/4。連接相應(yīng)耦合指的跳線為幾十m直徑的金絲或鋁絲，叉指尺寸W、S由要求奇、偶模阻抗決定。11現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日魔T12現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日13現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日14現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日15現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日16現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日17現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有22頁(yè)\編輯于星期日18現(xiàn)