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1、耦合器设计1微带耦合器2微带耦合器耦合器couplers(有时又叫混合环Hybrids)是微波电路中常用的无源器件，把电路元件直接连起来即可构成混合环，而耦合器一般由靠得很近的传输线构成，它们一般有四个端口，且每一端口为匹配负载端接，也就是说在给定频率范围内，端口的反射是很小的，反射系数一般小于0.1。图5-44 微波混合环与耦合器（a）分支线混合环；（b）集总参数分支混合环；（c）平行耦合定向耦合器;(d）3dB lange耦合器3耦合器参数定义耦合器可看成四端口网络。四个端口是输入端口、直通端口、耦合端口与隔离端口。设P1是由匹配源馈入端口1功率，P2、P3、P4分别在端口2、3、4可得到
2、的功率，描述该端口的网络参数主要有四个：耦合系数（dB）方向性（dB）隔离度（dB）通过率（dB）混合环和耦合器的性能由耦合系数、方向性以及负载特性决定，通常隔离端口接匹配负载。图5-454微带分支电桥的工作原理ABDC/4y01=1y02=1/R/4y0=by0=by0=a1y0=a2y04=1y03=1/R对称平面(1)(2)(4)(3)（a）/4/8/81b1/Ra1a2AB（d）/4/8/81b1/Ra1a2AB（e）（b）开路（c）短路图2-46 微带双分支定向耦合器 5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/，Z0是输入端和输出端特征阻抗
3、。所以串联臂微带线导带宽度比并联臂宽，如图5-47a。微带双分支定向耦合器也可作成圆形结构，叫做环形分支电桥，如图5-47b。从1臂输入功率平分到左右两个分支，它们到4臂路径相差半个波长，即/2，相位相反，故4臂没有输出，为隔离臂。从1臂到2臂、3臂功率相等，但路径相差/4，因而有90相位差。方形分支电桥、环形分支电桥，在混频器电路中应用甚广。图5-47（a）方形分支电桥；（b）圆形分支电桥6平行耦合线耦合器平行耦合线耦合器（见图5-48）具有对称性：1、对称面上电流=0，电压最大，相当于开路，称为偶对称；2、另一种分布，对称面上电压=0，电流最大，相当于短路，称为奇对称。耦合线上任何场分布都
4、可看成奇模与偶模场分布的组合。基于奇、偶模分析可得到耦合线结构3dB定向耦合器的设计方程，如下。图5-48 集中电容补偿微带耦合器7平行耦合线耦合器对于准TEM模，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。当方向性达到最佳。因此从方向性考虑，希望奇模与偶模具有相同的相速。为此在耦合两端并联电容C1、C2，并联电容对偶模不起作用，对奇模相移有影响，其增加的相移o为 式中f0是耦合器中心频率。图5-48 集中电容补偿微带耦合器8平面结构的螺旋耦合器、折叠线型耦合器耦合器结构型式众多，图5-50a是平
5、面结构的螺旋耦合器，b是折叠线型耦合器。（a）（b）图5-50（a）螺旋耦合器；（b）折叠线型耦合器93dB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，但有90相移，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为归一化奇模阻抗，R、Z与耦合系数C关系见图5-49，N为导体数，一般为4，Z0e、Z0o表示偶模、奇模阻抗，Z0为端口阻抗，当N=2，当N2时，这个关系不成立。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内最高频率的gh/4，而长指应为最低工作频率的gL/4。连接相应耦合指的跳线为几十m直径的金丝或铝丝，叉指尺寸W、S由要求奇、偶模阻抗决定。10魔T11121314151617181920212223