电磁场与电磁波实验10设计仿真微带线分支线定向耦合器

电磁场与电磁波实验
实验报告
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上课时间：周二10-12节
实验名称： 设计仿真微带线分支线定向耦合器
一、 实验目的
掌握微带分支线定向耦合器的设计方法；
掌握用VOLTAIRE 进行仿真；
二、 实验原理
在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G 、H 和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。

H
当功率由（1）臂输入时，（3）、（4）两臂有输出；理想情况下，（2）臂无功率输出，故（2）臂是隔离臂，（3）、（4）两臂的输出可按一定的比例分配，若（3）、（4）两臂的输出功率相同，都等于输入功率的一半，则成为3dB 定向耦合器或3dB 分支电桥。

利用奇偶模分析法，将上述电路在中心线A －A1处切开，此时可将两条线（1）－（4）及（2）－（3）从A －A1面分开来考虑，这样将四端口网络转换为二端口网络，上下是对称的。

所以利用各端口理想的匹配及（1）、（2）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：
22
21(1)3(2)4
1120lg 20lg (3)
3G H u jG u u G C u GH +==-+==
其中C称为定向耦合器的耦合度，u1、u3、u4分别为（1）口输入电压和（3）、（4）口输出电压，可见（3）口和（4）口的输出电压相位差90度，对与3dB 定向耦合器（C＝3dB）代入上式得：
==
G H
1,
三、实验要求
设计3dB微带分支定向耦合器
已知条件：微带线介质基片厚度h=1mm，εr＝9.6，中心频率f0＝3GHz，输入输出端口的通信的阻抗为50 欧姆。

指标要求：
1）根据所给的已知条件计算出各段微带线的宽度和长度，画出电路原理图2）对电路原理图进行仿真并对各线段调谐，达到指标如下：
当频偏臂f/f0=1.06(即频率范围2.8～3.2GHz)时：
在中心频率处耦合度（S31模值）为2.9～3.1dB
ρ≤，方向性或隔离度（即S21的模值）≥17.5dB，两臂输入驻波比 1.3
的不平衡度（即S31与S41的模值dB差）≤0.26dB。

四．实验程序与结果
1．参数设定
G＝1 所以Z＝50
所以宽度为1.0302
H=1.414 所以Z＝70.7 类似方法求出宽度1.939
电路图：
2．调谐电路
输出方程设定：
3．输出波形
将S31和S41放大观察：
五．实验结果分析
实验结果分析：将S31－S21的差cha用图形表示，可以看出在2.8到3.2G 频段内都满足相对应的电路指标，结果满足实验要求，经进一步的确认本次实验结果符合要求。

六．实验问题解答与体会
通过本次实验我学习了如何使用MWO软件来设计微带分支线定向耦合器以及用VOLTAIRE进行仿真的步骤，我们可以根据所给的已知条件计算出各段微带线的宽度，长度，然后按电路原理图来绘制实验图完成实验。

这次实验中我们对于微带分支线定向耦合器的知识加深了，并且我体会到了学习知识的实践用处，这极大的激发了我的学习兴趣，培养了我理论与实践结合的能力，收获很大。