微波論文帶狀線結(jié)構(gòu)的平行雙線耦合器

1、通信工程專業(yè) 微波技術(shù)作業(yè)帶狀線結(jié)構(gòu)的平行雙線耦合器（系）專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號(hào)：指 導(dǎo) 教 師：完 成 日 期：2016/7/4目 錄摘要11 平行雙線耦合器概述11.1 平行雙線定向耦合器簡(jiǎn)介21.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)21.3 平行雙線定向耦合器的電路原理32 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)步驟32.2 HFSS的設(shè)計(jì)4創(chuàng)建模型52.3仿真結(jié)果52.3.1設(shè)置62.3.2反射系數(shù)62.3.3耦合系數(shù)和方向性系數(shù)63 結(jié)束語(yǔ)6參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。摘要平行雙線定向耦合器廣泛應(yīng)用于幅度控制系統(tǒng)、平衡放大器、功率分配和合成器等許多微波網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中。它們?cè)诟鞫丝诰杩蛊ヅ?，這使得他們可以方便的

2、嵌入到其他電路或子系統(tǒng)中。本文首先介紹了平行雙線定向耦合器的基本概念以及原理，以及近年來(lái)定向耦合器的研究和發(fā)展，并對(duì)平行雙線定向耦合器的一些主要功能、性能參數(shù)、相關(guān)特性，進(jìn)行了分析。并且設(shè)計(jì)了一個(gè)帶狀線結(jié)構(gòu)的平行雙線耦合器，中心頻率為15Ghz，相對(duì)帶寬為5%，介質(zhì)為空氣，各端口回波損耗大于18dB，耦合度為10dB，方向性大于20dB 。同時(shí)使用電磁仿真軟件HFSS設(shè)計(jì)了平行雙線定向耦合器的電路模型，并對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真、優(yōu)化，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。1 平行雙線耦合器概述1.1 平行雙線定向耦合器簡(jiǎn)介定向耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種微波器件，它的本質(zhì)是將微波信號(hào)按一定的比例進(jìn)行功率分配。

3、定向耦合器由傳輸線構(gòu)成，同軸線、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帶狀線和微帶線都可構(gòu)成定向耦合器，所以從結(jié)構(gòu)來(lái)看定向耦合器種類繁多，差異很大。但從它的耦合機(jī)理來(lái)看主要分為四種，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配雙T。本文即對(duì)平行耦合的設(shè)計(jì)仿真。定向耦合器是把兩根傳輸線放置在足夠近的位置使得一條線上的功率可以耦合到另一條線上的元件。它的兩個(gè)輸出端口的信號(hào)幅度可以相等也可以不等，一種應(yīng)用特別廣泛的耦合器是3dB耦合器，這種耦合器的兩個(gè)輸出端口輸出信號(hào)的幅度是相等的。定向耦合器是一種具有方向性的功率耦合(分配)元件。它是一種四端口元件，通常由稱為直通線(主線)和耦合線(副線)的兩段傳輸線組合而成。直通線和耦合

4、線之間通過(guò)一定的耦合機(jī)制(例如縫隙、孔、耦合線段等)把直通線功率的一部分(或全部)耦合到耦合線中，并且要求功率在耦合線中只傳向某一輸出端口，另一端口則無(wú)功率輸出。如果直通線中波的傳播方向變?yōu)榕c原來(lái)的方向相反，則耦合線中功率的輸出端口與無(wú)功率輸出的端口也會(huì)隨之改變,也就是說(shuō)，功率的耦合(分配)是有方向的，因此稱為定向耦合器(方向性耦合器)。平行雙線定向耦合器是在微波集成電路中被應(yīng)用廣泛的反向定向耦合器。這種平行雙線耦合器通常用帶狀線或者微帶線來(lái)實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)使用帶狀線來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）中心頻率15Ghz（2）相對(duì)帶寬5%（3）空氣介質(zhì)，（4）各端口回波損耗大于18dB（5）耦合度

5、10dB（6）方向性大于20dB 1.3 平行雙線定向耦合器的電路原理平行雙線定向耦合器的電路原理如圖1.1所示，它由等寬的耦合線段組成，其耦合線的長(zhǎng)度是中心波長(zhǎng)的1/4，各個(gè)等寬均接匹配負(fù)載。當(dāng)信號(hào)從端口1輸入時(shí)，除了向端口2傳輸外，通過(guò)兩線之間的電磁耦合，還會(huì)向端口3和4傳輸，由于電場(chǎng)耦合在副線中向端口3和4反向產(chǎn)生的電壓是等幅同相的，而磁場(chǎng)耦合在副線中向端口3和4反向產(chǎn)生的電壓是等幅反相的。因此，副線中端口3處的電壓是同相疊加而有信號(hào)輸出，而副線中端口4處的電壓是反向而抵消的。在理想情況下，端口4無(wú)輸出，可達(dá)到理想隔離。端口2和3的輸出信號(hào)相位差為90度。圖1.12 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)

6、步驟（1）確定基片參數(shù)（空氣，介電常數(shù)，厚度）（2）計(jì)算出平行雙線定向耦合器的初始尺寸。（3）根據(jù)歸一化阻抗確定奇、偶模阻抗。（4）根據(jù)奇、偶模阻抗確定耦合線的長(zhǎng)度和寬度。（5）HFSS中進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。2.2 HFSS設(shè)計(jì)2.2.1創(chuàng)建模型15GHz對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)=20mm，帶狀線介質(zhì)為空氣，厚度約1.6mm。圖2.1 耦合器結(jié)構(gòu)2.3 仿真結(jié)果2.3.1 設(shè)置設(shè)置4個(gè)端口的激勵(lì)方式為集總端口激勵(lì)。耦合器的中心頻率為15GHz，因此設(shè)置HFSS的求解頻率（即自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)部分頻率）為1GHz，同時(shí)添加0.5GHz1.5GHz的掃頻設(shè)置，分析天線在0.5GHz1.5GHz頻段內(nèi)的回波損耗，耦合度和方向性。圖2.2 設(shè)置2.3.2 反射系數(shù)圖2.3 反射系數(shù)2.3.3 耦合系數(shù)和方向性系數(shù)圖2.4 耦合系數(shù)和方向性系數(shù)仿真結(jié)果顯示，耦合器各個(gè)端口在相當(dāng)寬的頻帶具有良好的阻抗匹配，反射系數(shù)均小于-18dB，耦合度約10dB且耦合器的方向性系數(shù)大于20dB左右。3 結(jié)束語(yǔ) 本文首先介紹了什么是定向耦合器，以及定向耦合器的分類，進(jìn)而著重介紹平行雙線定向耦合器的主要功能、性能參數(shù)，相關(guān)特性。接著簡(jiǎn)單說(shuō)明了設(shè)計(jì)步驟，以及HFSS仿真結(jié)果，得到的參數(shù)使得設(shè)計(jì)的天線達(dá)到了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求：中心頻率為15GHz，耦合器各個(gè)端口反射系數(shù)均大于18dB，耦合度