耦合器設計基本理論

耦合器設計基本理論演示文稿1現(xiàn)在是1頁\一共有22頁\編輯于星期日（優(yōu)選）耦合器設計基本理論.2現(xiàn)在是2頁\一共有22頁\編輯于星期日微帶耦合器3現(xiàn)在是3頁\一共有22頁\編輯于星期日微帶耦合器耦合器couplers(有時又叫混合環(huán)Hybrids)是微波電路中常用的無源器件，把電路元件直接連起來即可構成混合環(huán)，而耦合器一般由靠得很近的傳輸線構成，它們一般有四個端口，且每一端口為匹配負載端接，也就是說在給定頻率范圍內，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\一共有22頁\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。四個端口是輸入端口、直通端口、耦合端口與隔離端口。設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)絡參數(shù)主要有四個：耦合系數(shù) （dB）方向性 （dB）隔離度 （dB）通過率 （dB）混合環(huán)和耦合器的性能由耦合系數(shù)、方向性以及負載特性決定，通常隔離端口接匹配負載。圖5-455現(xiàn)在是5頁\一共有22頁\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對稱平面(1)(2)(4)(3)（a）/4/8/81b1/Ra1a2AB（d）/4/8/81b1/Ra1a2AB（e）（b）開路（c）短路圖2-46微帶雙分支定向耦合器

6現(xiàn)在是6頁\一共有22頁\編輯于星期日環(huán)形分支電橋原理對于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構，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分支，它們到4臂路徑相差半個波長，即/2，相位相反，故4臂沒有輸出，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\一共有22頁\編輯于星期日平行耦合線耦合器平行耦合線耦合器（見圖5-48）具有對稱性：1、對稱面上電流=0，電壓最大，相當于開路，稱為偶對稱；2、另一種分布，對稱面上電壓=0，電流最大，相當于短路，稱為奇對稱。耦合線上任何場分布都可看成奇模與偶模場分布的組合。基于奇、偶模分析可得到耦合線結構3dB定向耦合器的設計方程，如下。圖5-48集中電容補償微帶耦合器8現(xiàn)在是8頁\一共有22頁\編輯于星期日平行耦合線耦合器對于準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 方向性達到最佳。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)電容對偶模不起作用，對奇模相移有影響，其增加的相移o為

式中f0是耦合器中心頻率。圖5-48集中電容補償微帶耦合器9現(xiàn)在是9頁\一共有22頁\編輯于星期日平面結構的螺旋耦合器、折疊線型耦合器耦合器結構型式眾多，圖5-50a是平面結構的螺旋耦合器，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\一共有22頁\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，其特點是頻帶寬，設計公式為

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關系見圖5-49，N為導體數(shù)，一般為4，Z0e、Z0o表示偶模、奇模阻抗，Z0為端口阻抗，當N=2， ，當N2時，這個關系不成立。交叉指耦合器的耦合段有兩個短指和長指，短指長度取工作頻段內最高頻率的gh/4，而長指應為最低工作頻率的gL/4。連接相應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\一共有22頁\編輯于星期日魔T12現(xiàn)在是12頁\一共有22頁\編輯于星期日13現(xiàn)在是13頁\一共有22頁\編輯于星期日14現(xiàn)在是14頁\一共有22頁\編輯于星期日15現(xiàn)在是15頁\一共有22頁\編輯于星期日16現(xiàn)在是16頁\一共有22頁\編輯于星期日17現(xiàn)在是17頁\一共有22頁\編輯于星期日18現(xiàn)