射频耦合器讲解课件

合集下载

《耦合器基础知识》课件

耦合器。
实例二
设计一个宽带耦合器，要求在1-10GHz范围内具有良好的耦合性能。经过多次优化调整，最终实现了宽带耦合器的设计目标。
耦合器的测试与测
05
量
测试环境与设备
测试环境
需要一个安静、无干扰的环境，以确保测试结果的准确性。
测试设备
包括耦合器、信号源、频谱分析仪、功率计等，以及必要的连接线缆和辅助工具。
要点二
详细描述
混合耦合器由多个输入端口和一个输出端口组成。当多个信号源同时输入时，混合耦合器能够将它们组合在一起，并从单个输出端口输出。这种器件通常用于实现信号的合成和增强，例如在音频系统和雷达系统中。
电磁带隙耦合器
总结词
电磁带隙耦合器是一种利用电磁带隙材料的特性来实现信号隔离和传输的器件。
耦合器的分类
根据不同的分类标准，耦合器可以分为多种类型。按工作频带分类，耦合器可分为宽带耦合器和窄带耦合器；按功率分配方式分类，耦合器可分为多路均分型和功率递减型；按电路组成分类，耦合器可分为晶体管耦合器和集成电路耦合器等。
耦合器的基本原理
耦合器的原理
耦合器的基本原理是利用电磁波的传播特性，将一个输入信号通过一定的方式分配到多个输出端口。在耦合器中，输入信号通过一个输入端进入，经过内部的功率分配网络，将信号能量按照一定比例分配到各个输出端口。同时，各输出端口之间保持相互隔离，以减小相互干扰。

射频耦合器讲解ppt课件

88
•
图5-40 等分微带功分器的频响
二、基于HFSS的环形定向耦合器设计
9
环形定向耦合器
•
10
环形定向耦合器
•
11
环形定向耦合器
• 使用HFSS软件设计了一个环形定向耦合器，此环形耦
合器使用带状线结构。耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为50Ω。环形耦合器的HFSS模型如图所示。
6.00
7.00
15
16
4.00
5.00
Freq [GHz]
Coupler ANSOFT
Curve Info
dB(St(T1,T1)) Setup1 : Sw eep1
dB(St(T1,T2)) Setup1 : Sw eep1
dB(St(T1,T3)) Setup1 : Sw eep1
dB(St(T1,T4)) Setup1 : Sw eep1
插入损耗（S21 = S31）和隔离度（S23 = S32）与频率的关系曲线。
• 解：由上述的推导可知，功分器中的/4传输线应具有的特性阻抗为
• Z 2Z0 70.7
• 并联电阻为
• R = 2Z0 = 100 • 在频率f0传输线长为/4。采用计算机辅设计程序，可算出S参量幅度随频率的变化。

射频电路14-定向耦合器20141030

South China University of Technology
South China University of Technology
第二步，求平行耦合线定向耦合器实现条件为使平行耦合线构成完全匹配的反向定向耦合器，必须有 S11 S41 0
Z0e Z0 Z0o Z0 Z0e Z0 Z0o Z0 应有 Z Z Z Z 和 Z Z Z Z 0 0e 0 0o 0 0e 0 0o
1 S21 ( S21e S 21o ) 2 41 1 1 Z0e Z0 Z 0o Z 0 2 cos j sin ( ) 2 cos j sin ( ) Z0 Z0e Z 0 Z 0o
Research Institute of Antennas & RF Techniques
12 13 900
Research Institute of Antennas & RF Techniques
设S13＝0（反向定向耦合器），则
South China University of Technology
2 2 | S | | S | 12 14 1 * * S S S S 12 14 14 12 0
可得
South China University of Technology

一文了解清楚----射频常用器件---功分器和耦合器的区别

功分器为功率分配器的简称，功率分配器（power divider）是一种将一路输入信号能量平均分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。

从功分器的概念上来看的话，很好理解，就是将一个输入，多路输出的一个器件。

表达公式可以理解为2=1+1，3=1+1+1，4=1+1+1+1分别对应着二功分，三功分，四功分。

一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。

功率分配器也叫过流分配器，分有源，无源两种，可平均分配一路信号变为几路输出，一般每分一路都有几dB的衰减，信号频率不同，分配器不同衰减也不同，为了补偿衰减，在其中加了放大器后做出了无源功分器。

所以功分器的作用在实际应用中主要就是平均配分的作用，可以将得到的信号进行测试。

功分器的主要指标如下：

1.频率范围：一般标识为起始频率和终止频率，或者中心频率和带宽。单位为GHz或者MHz。

2.承受功率：标识所承受的最大功率，单位为W。

3.插入损耗：由于传输线的介质或者导体不理想等因素，由各种

非理想因素引入的损耗。输入与输出端的功率之比。

4.隔离度：一般指支路端口之间的隔离度。为输出与输出之间的功率之比。

5.驻波比：就是常见的VSWR参数，

介绍完功分器，再看耦合器的差别就很容易了。

耦合器的指标基本跟功分器完全一致，唯一差别在耦合度

耦合器也是将功率分配开来，主输出和主输入为直通，但是有衰减。辅路输出端为耦合功率，耦合度就是这个指标，辅路输出端得到的功率衰减多少，单位dB.

射频耦合器的工作原理及作用

射频耦合器是一种广泛应用于无线通讯系统中的器件，其作用是将高频信号从一个端口传输到另一个端口。在无线通讯系统中，射频耦合器通常用于分配和合并信号，以及在不同部件之间传输信号。

射频耦合器的工作原理基于三种主要耦合机制：电容耦合、电感耦合和磁耦合。在电容耦合中，信号通过两个电容器之间的电场传输。在电感耦合中，信号通过两个电感器之间的磁场传输。在磁耦合中，信号通过两个线圈之间的磁场传输。

射频耦合器通常由两个或多个传输线和一个耦合器组成。传输线是用于传输信号的导线，耦合器是用于将信号从一个传输线传输到另一个传输线的器件。在射频耦合器中，传输线通常是同轴电缆或微带线。

当信号通过射频耦合器传输时，它会受到两个传输线之间的耦合作用。这种耦合作用可以通过调整耦合器的几何形状和大小来控制。一般来说，耦合器的几何形状和大小会根据所需的耦合强度来进行调整。如果需要高耦合强度，则耦合器的几何形状和大小会被调整为更紧密。

射频耦合器还具有一些其他的特性，如频率响应、功率损耗和隔离度。频率响应是指射频耦合器在不同频率下的传输特性。功率损耗是指信号在射频耦合器中传输时的损失。隔离度是指传输线之间的

信号隔离程度，通常用于描述耦合器的性能。

总的来说，射频耦合器是一种非常重要的无线通讯器件，它可以实现高效的信号传输和分配。通过调整耦合器的几何形状和大小，以及其他特性，可以实现更好的信号传输和控制。因此，射频耦合器在无线通讯系统中的应用非常广泛。

耦合器基础知识-PPT课件

• 根据耦合器的耦合机理, 画出如上图 b所示的原理图。设端口“①”入射TE10波(u+1=1), 第一个小孔耦合到副波导中的归一化出射波为 • 和, q为小孔耦合系数。假设小孔很小, 到达第二个小孔的电磁波能量不变, 只是引起相位差 (βd), 第二个小孔处耦合到副波导处的归一化出射波分别为和在副波导输出端口“③”合成的归一化出射波为
• 同样由A→C的两路信号为同相信号, 故在端口“③”有耦合输出信号, 即端口 “③”为耦合端。耦合端输出信号的大小同样取决于各线的特性阻抗。 • 下面给出微带双分支定向耦合器的设计公式。设耦合端“③”的反射波电压为 |U3r|, 则该耦合器的耦合度为
各线的特性阻抗与| |关系式为
• 分支线定向耦合器的带宽受λg/4 的限制, 一般可做到, 若要求频带更宽, 可采用多节分支耦合器。
• 定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件, 它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。 • 如图下页图所示。图中“①、 ②”是一条传输系统, 称为主线；“③、④”为另一条传输系统, 称为副线。耦合装置的耦合方式有许多种, 一般有孔、分支线、耦合线等, 形成不同的定向耦合器。
• 假设输入电压信号从端口“①”经A点输入, 则到达D点的信号有两路, 一路是由分支线直达, 其波行程为λg/4, 另一路由A→B→C→D, 波行程为3λg/4；故两条路径到达的波行程差为λg/2, 相应的相位差为π, 即相位相反。

射频耦合器讲解PPT课件

环形定向耦合器
环形定向耦合器
• HFSS设计步骤 • 1求解类型：终端驱动求解 • 2建模操作
模型原型：正多边体、矩形面、圆面
模型操作：复制、合并、相减
• 3设置边界条件和激励边界条件：理想导体边界
端口激励：波端口激励
• 4求解设置求解频率：4GHz 扫频设置：快速扫频，频率范围1-
7GHz
插入损耗（S21 = S31）和隔离度（S23 = S32）与频率的关系曲线。
• 解：由上述的推导可知，功分器中的/4传输线应具有的特性阻抗为
• •
并Z联电阻2Z为0 70.7
•
R = 2Z0 = 100
• 在频率f0传输线长为/4。采用计算机辅设计程序，可算出S参量幅度随频率的变化。
•
图5-40 等分微带功分器的频响
Curve Info
dB(St(T1,T1)) Setup1 : Sw eep1
dB(St(T1,T2)) Setup1 : Sw eep1
dB(St(T1,T3)) Setup1 : Sw eep1
dB(St(T1,T4)) Setup1 : Sw eep1
6.00
7.00
1端口
2端口
3端口
参考地(后面略去)
3
Wilkinson功分器
Wilkinson功分器设计

耦合器基本原理.ppt

耦合比率与熔融拉锥长度的关系
1
0.9
0.8
C
D
0.7
P(1.55 0 Z) 0.6
A
E
P(1.31 0 Z) 0.5
Yc( Z )
0.4
B
0.3
0.2
0.1
0 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000
Z
熔锥型多模光纤耦合器
在多模光纤中，传导模若干个分立的模式，当传导模（靠近光轴的模式为低阶模，离光轴较远的为高阶模）进入熔锥区后，纤芯变细，同样导致V值逐渐减少，纤芯中束缚的模式数减少，较高阶的模进入包层中，形成包层模。
Ëð ºÄ ´ó ¡¢ Óë ´« Êä ¹â ÏË ñî ºÏ À§ ÄÑ £¬ »·³¾ ÎÈ ¶¨ÔÐ ²î ¡£
«È
¹â
ÏË
Ê´
¿Ì
·¨
Á½ ÐÄ
¹â Ïà
ÏË ½Ó
Å¤Ê½ ´¥ Êµ
Ò» ÏÖ
Æð ñî
Ê´ ºÏ
¿Ì
£¬
Ê¹
¹â
ÏË
ÏË
·½ ·¨ò¼ µ¥ £¬ µ« ²ú Æ·»² ÄÍ ÓÃ ¶Ô »· ¾³ ÎÂ ¶È Ãô ¸Ð ¡£
2、如果拉伸停在D点，就能够改善两个中心波长的工作带宽，即获得“双窗口宽带耦合器”。

电阻射频耦合器

电阻射频耦合器，也称为电阻耦合器，是一种广泛应用于射频电路中的耦合器。它是由一对相互耦合的电阻构成的，用于将高频信号从一个电路传输到另一个电路。

在电阻射频耦合器中，高频信号从一个电路通过一个电阻进入另一个电路。这个电阻通常被称为耦合电阻。耦合电阻的值通常被选择为两个电路之间的阻抗匹配值的一半，以确保最大功率传输。

电阻射频耦合器的优点是简单，易于制造，并且可以在广泛的频率范围内使用。然而，它也有一些缺点，例如会产生不必要的损耗，因为部分高频信号会被电阻消耗掉。因此，设计者需要仔细平衡耦合电阻的价值和信号损失的程度。

总之，电阻射频耦合器是一种常见的射频电路耦合器，用于将高频信号从一个电路传输到另一个电路。它的优点是简单易制造和广泛使用的频率范围。但是，它也需要仔细平衡阻值和信号损失的程度。

耦合器基础知识-PPT精品文档

• 定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件, 它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。 • 如图下页图所示。图中“①、 ②”是一条传输系统, 称为主线；“③、④”为另一条传输系统, 称为副线。耦合装置的耦合方式有许多种, 一般有孔、分支线、耦合线等, 形成不同的定向耦合器。
1耦合度输入端“①”的输入功率P1 ，与耦合端的输出功率之比定义为耦合度c，如下公式：
(2)隔离度输入端“①”的输入功率P1和隔离端“④”的输出功率P4之比定义为隔离度，记作I。
(3)定向度
P3与隔离端“④”的输出功率P4之比定义为定向度，记作D。
(4) 输入驻波比
端口“②、 ③、 ④”都接匹配负载时的输入端口“①”的驻波比定义为输入驻波比，记作ρ。
(5)
• 工作带宽是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 ρ等参数均满足要求时的工作频率范围。
B
• 波导双孔定向耦合器是最简单的波导定向耦合器, 主、副波导通过其公共窄壁上两个相距d=(2n+1)λg0/4 的小孔实现耦合其中，λg0是中心频率所对应的波导波长, n为正整数, 一般取n=0。耦合孔一般是圆形, 也可以是其它形状。定向耦合器的结构如下页图
• 根据耦合器的耦合机理, 画出如上图 b所示的原理图。设端口“①”入射TE10波(u+1=1), 第一个小孔耦合到副波导中的归一化出射波为 • 和, q为小孔耦合系数。假设小孔很小, 到达第二个小孔的电磁波能量不变, 只是引起相位差 (βd), 第二个小孔处耦合到副波导处的归一化出射波分别为和在副波导输出端口“③”合成的归一化出射波为

射频耦合器原理

射频耦合器是一种将两个或多个射频信号进行耦合的器件。它的设计原理是基于电磁感应。

射频耦合器一般由耦合元件和耦合环构成。耦合元件通常由线圈或电容构成，并放置在耦合环的两侧。当两个或多个射频信号经过耦合器时，耦合元件内部的电磁场发生变化，从而导致信号之间的耦合效应。

在耦合器的工作过程中，耦合环起到了关键作用。耦合环是由金属制成的环形结构，可以将射频信号传递到耦合元件中。当射频信号通过耦合环时，其磁场会激发出环内的电流，这个电流会通过耦合元件传递到其他的射频信号上，从而实现信号的耦合效应。

射频耦合器的设计需要考虑多种因素，如耦合元件的形状和尺寸、耦合环的大小和材料等。这些因素会直接影响到耦合器的耦合效果和频率响应。

总的来说，射频耦合器的原理是利用电磁感应和电流传递的方式实现信号的耦合。通过合理设计耦合元件和耦合环，可以实现不同射频信号之间的有效耦合效果。

射频器件耦合器指标要求,功率容量

一、耦合器的概念及作用

耦合器是射频器件中常见的一种被动器件，它主要用于实现射频信号在传输过程中的耦合和分配。耦合器在射频系统中起着非常重要的作用，它能够将信号分配到相应的通路中，实现信号的耦合和分配。在实际的射频系统中，耦合器的设计和指标要求非常严苛，其性能直接关系到整个系统的性能和稳定性。

二、耦合器的指标要求

1. 耦合系数

耦合系数是耦合器性能的一个重要指标，它指的是耦合器从一个口到另一个口的信号传输比例。通常情况下，耦合器的设计要求在不同频率下具有相同的耦合系数，以确保在整个频率范围内都能够得到稳定的性能。

2. 插入损耗

插入损耗是耦合器性能的另一个重要指标，它指的是信号在通过耦合器时所产生的信号损耗。插入损耗越小，表示耦合器的性能越好。在

实际的射频系统中，要求耦合器的插入损耗尽可能小，以确保系统的灵敏度和稳定性。

3. 隔离度

隔离度是耦合器的另一个重要指标，它指的是在一个口的信号对另一个口的影响程度。隔离度越高，表示耦合器的性能越好。在实际的射频系统中，要求耦合器的隔离度尽可能高，以确保不同通路之间的相互影响最小。

4. 平衡度

平衡度是耦合器的另一个重要指标，它指的是正向耦合和反向耦合之间的平衡程度。平衡度越高，表示耦合器的性能越好。在实际的射频系统中，要求耦合器的平衡度尽可能高，以确保不同通路之间的信号平衡。

5. 功率容量

耦合器的功率容量也是其重要的指标之一，它指的是耦合器能够承受的最大功率。在实际的射频系统中，要求耦合器的功率容量足够大，以确保能够承受系统中的最大功率。

射频工程师入门必学：如何设计定向耦合器电路？

汽车雷达、5G 蜂窝、物联网等射频(RF) 应用中，电子系统对射频源的使用量与日俱增。所有这些射频源都需要设法监测和控制射频功率水平，同时又不能造成传输线和负载的损耗。此外，某些应用需要大功率发射器输出，因此设计人员需要设法监测输出信号，而非直接连接敏感仪器，以免受高信号电平影响导致损坏。

另外还有诸多其他挑战：在较宽的频率范围内如何确定射频负载（如天线）的特性；在发射器处于广播状态时如何监测负载变化和驻波比，以防止大反射功率和放大器损坏等。

只需将定向耦合器接入传输线，这些要求和挑战便可迎刃而解。此方法可精确监测线路中的射频能量流，同时将功率水平降低已知的固定量。在采样过程中，定向耦合器对主线信号的干扰极小。此外，还能分离正向和反射功率，允许监测回波损耗或驻波比，从而在广播时提供负载变化反馈。

本文讨论了定向耦合器的操作，介绍了三种拓扑及Anaren、M/A-Com 和Analog Devices 推出的相关产品。然后，本文详细介绍了典型的产品特征，并展示了有效的使用方法。

什么是定向耦合器？

定向耦合器是一种测量设备，可接入信号发生器、矢量网络分析仪和发射器等射频源与负载之间的传输线，用于测量从射频源到负载的射频功率（正向分量），以及从负载反射回射频源的功率（反射分量）。若测得正向和反射分量，即可计算总功率、负载的回波损耗和驻波比。

定向耦合器的四端口电路可配置为三端子或四端子设备（图1）。

图1：三端口（左）和四端口定向耦合器（右）的原理图符号。（图片来源：Digi-Key Electronics）

微波射频学习笔记12.定向耦合器

平行线耦合器

一、基本原理

两根紧挨着的微带线，一根通信号，因为电磁场的相互作用，另一根会有功率耦合。

当电磁波通过主线时，本身是携带电场和磁场的，由于两根传输线距离很近，类似电容，所以主线上的交变电流通过电容，将两股方向相反的电流耦合到耦合线上；同时根据电磁感应定律，磁场中的导线会产生方向相反的感应电流，故上图②端口和下图4端口会产生叠加的功率，而③口，因为电场和磁场产生电流的方向相反而抵消。正因此，③口称为隔离端，另一个口称为耦合端。

二、单节平行线耦合器结构

1.①为信号输入；②为耦合端口；③为隔离端口；④输出端口；

2.两线耦合段线长1/4波长，线宽为50Ω匹配（耦合部分，可稍细）；

3.因为是对称设计，输入输出端口可反，同时耦合隔离也会反过来。

三、设计指标

1.插入损耗：输入输出直通的S21/S12；

2.电压驻波比：主要看S11和S22，S33和S44一般较好；

3.耦合度：耦合能量的大小，和线距离远近有很大关系（能有多近，看加工

精度）；

4.隔离度：隔离端口的损耗值，耦合的能量越小越好；

5.方向性= |隔离度| - |耦合度|，①耦合段改成锯齿状②带状线耦合可提高方向性（因为微带线奇偶模两种模式相速不同，在空气-介质界面有不同的场结构，所以降低了方向性）。

6.承受功率：线越宽，承受功率自然就越高。

四、HFSS仿真验证

仿真模型如下：

仿真结果如下：

从仿真图上可以看到，损耗极小，耦合度在26dB左右；隔离度在37dB左右，所以方向性为11dB，符合理论，有实际效果，但方向性太差。下图的模型可以稍稍提高一点方向性。

射频耦合器的作用

射频耦合器是一种常用的射频器件，它在无线通信系统和微波电路中起着重要的作用。射频耦合器的主要作用是将信号从一个输入端耦合到多个输出端，或者将多个输入信号耦合到一个输出端。它通过合理的设计和调整，使得输入信号能够按照一定的规律传输到输出端，同时实现信号的隔离和平衡。

射频耦合器可以实现信号的分配和合并。在无线通信系统中，常常需要将一个信号分配到多个天线或接收器上，或者将多个信号合并到一个天线或发射器上。射频耦合器通过其特殊的结构和工作原理，可以实现信号的分配和合并，使得通信系统能够实现多路复用和分集技术，提高通信效率和可靠性。

射频耦合器可以实现信号的隔离和抑制。在无线通信系统中，不同信号之间可能存在相互干扰的问题，尤其是在高频段的微波电路中，信号之间的干扰更加明显。射频耦合器通过其特殊的设计和制造工艺，可以实现信号的隔离和抑制，降低不同信号之间的干扰程度，保证通信系统的正常运行。

射频耦合器还可以实现信号的平衡和匹配。在无线通信系统中，通常需要确保各个部件或设备之间的工作状态和参数匹配，以保证信号的传输和接收质量。射频耦合器可以通过调整其内部的电路结构和参数，实现信号的平衡和匹配，使得信号能够以最佳的状态传输

和接收，提高系统的性能和可靠性。

射频耦合器还具有频率选择和功率分配的功能。在无线通信系统中，不同频段的信号可能需要经过不同的处理和传输，射频耦合器可以根据不同的频段要求，实现信号的频率选择和分配。同时，射频耦合器还可以根据信号的功率要求，实现功率的分配和调节，使得不同部件或设备能够按照要求工作，提高系统的效率和性能。

耦合器基础知识

耦合器
616028282
目录
1 定向耦合器。 • 2 定向耦合器的性能指标。 • 3 波导双孔定向耦合器。 • 4 双分支定向耦合器。 • 5 耦合器对RF电路的影响。
定向耦合器
• 在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析。
• 假设输入电压信号从端口“①”经A点输入, 则到达D点的信号有பைடு நூலகம்路, 一路是由分支线直达, 其波行程为λg/4, 另一路由A→B→C→D, 波行程为3λg/4；故两条路径到达的波行程差为λg/2, 相应的相位差为π, 即相位相反。
因此若选择合适的特性阻抗, 使到达的两路信号的振幅相
等, 则端口“④”处的两路信号相互抵消, 从而实现隔离
• 同样由A→C的两路信号为同相信号, 故在端口“③”有耦合输出信号, 即端口 “③”为耦合端。耦合端输出信号的大小同样取决于各线的特性阻抗。
• 下面给出微带双分支定向耦合器的设计公式。设耦合端“③”的反射波电压为 |U3r|, 则该耦合器的耦合度为
各线的特性阻抗与| |关系式为
• 分支线定向耦合器的带宽受λg/4 的限制, 一般可做到, 若要求频带更宽, 可采用多节分支耦合器。