射频耦合器讲解课件
合集下载
《耦合器基础知识》课件
测试方法与步骤
信号源设置
根据测试需求设置信号源的频 率、功率等参数。
测试执行
启动信号源，观察接收设备的 响应，记录相关数据。
测试准备
检查所有设备和工具是否正常 工作，确保测试前的系统连接 无误。
耦合器连接
将耦合器连接到信号源和接收 设备之间，确保连接稳定可靠 。
数据处理与分析
对采集到的数据进行处理、分 析和解读，以评估耦合器的性 能。
与展望
新材料的应用
碳纤维材料
碳纤维具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，可应用于 耦合器的制造，提高其性能和寿命。
高分子材料
高分子材料具有优良的绝缘性能和化学稳定性，可用于 制造高频、高温等特殊环境下的耦合器。
新工艺的探索
3D打印技术
利用3D打印技术可实现耦合器的快速原型制造和个性化定制，提高生产效率和灵活性。
制图软件
如AutoCAD、SolidWorks等，用于绘制耦合器的机 械结构。
数学计算软件
如MATLAB、Excel等，用于进行理论计算和数据处 理。
设计实例分析
实例一
设计一个用于无线通信系统的定向耦合器，要求传输功率为100W，频率范围为 2.4GHz，耦合度为30dB。通过理论计算和仿真验证，最终实现了一个性能稳定的定向
表面处理技术
通过表面处理技术，如镀膜、喷涂等，可改善耦合器的表面性能，提高其导电、导热和耐磨性能。
新应用领域的拓展
物联网领域
随着物联网技术的发展，耦合器在无线通信、传感器网络等领域的应用将得到拓展。
新能源领域
在新能源领域，如太阳能、风能等，耦合器可用于能量转换和传输，提高能源利用效率。
THANKS.
详细描述
耦合器
耦合器
光纤盒耦合器
超带宽定向耦合器
பைடு நூலகம்基站耦合器
双分支定向耦合器
耦合器也叫适配器，是在系统间传递功率的器件，能在微波系统中将一路微 波功率按比例分成几路；也能在机械中将驱动设备和被驱动设备的轴连接起 来。耦合器可以是一个独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口与其它硬 件或电子接口相连。
耦合器主要包括： 定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件 • 1、按光路径分 可分为外光路耦合器（又称光电断续检测器）和内光路耦合器。外光路耦合器又分 为透过型和反射型耦合器。 • 2、按封装形式分 可分为同轴型，双列直插型，TO封装型，扁平封装型，贴片封装型，以及光纤传输 型等。
• 耦合器由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内， 彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见 的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。耦合器的作用是 实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电 信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。 • 主要作用为： • 1、将光信号转化为电信号； • 2、将多模信号耦合成单模信号； • 3、使两个光纤接头的截面光纤孔导通； • 4、使两组光信号互相联通光。
• 3、按传输信号分
可分为数字型耦合器和线性耦合器。
• 4、按速度分 可分为低速耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏集 成电路输出型）。 • 5、按通道分 可分为单通道，双通道和多通道耦合器。
• 6、按隔离特性分
可分为普通隔离耦合器（一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V）和高压隔离耦合器（可分为10kV， 20kV，30kV等）。 • 7、按工作电压分 可分为低电源电压型耦合器（一般5～15V）和高电源电压型耦合器（一般大于30V）。
射频微波芯片设计4：耦合器芯片
射频微波芯片设计4：耦合器芯片SUBSCRIBE to US《射频微波芯片设计》专栏适用于具备一定微波基础知识的高校学生、在职射频工程师、高校研究所研究人员，通过本系列文章掌握射频到毫米波的芯片设计流程，设计方法，设计要点以及最新的射频/毫米波前端芯片工程实现技术。
本文共分为三个部分：1、前言——讨论为啥要了解RF耦合器；2、基本概念——认识什么是RF耦合器；3、设计分析——实例浅析耦合器芯片的设计流程。
全文阅读大概需3分钟，如果您能静下心阅读5分钟以上，这将是我写这篇耦合器设计入门文章的无上荣幸。
前言对于耦合器这个名词，相信做射频微波的同学们都不陌生，这大概又一个学习微波网络的经典案例分析器件了吧。
当然可能有朋友又会说，耦合器有啥好学的啊，不就是几十年前的RF教科书器件嘛，学了有啥用呢？笔者认为，在现代无线电子系统，虽然耦合器的设计理论成熟，实现方式灵活简洁，但是其在电子系统中的地位还是举足轻重的：（1）在圆极化天线、MIMO天线阵列等天线设计中，耦合器往往充当一个信号分配，相位控制的部件，不仅仅可以把功率分配给所需的天线端口，还可以额外地给输出端口一个相位差；（2）在功率放大器设计中，耦合器主要有两个用法：一是做Doherty主从支路的信号分配器；二是再做线性化时对输出功率进行耦合，反馈到前端进行非线性消除；（3）在低噪声放大器设计中，耦合器主要是用来做放大器的平衡式结构，拓展LNA的带宽与输出线性度；（4）在IQ混频器设计中，耦合器主要是用来做本振链路的功率分配与IQ相位分配；（5）在移相器设计中，耦合器主要是用来做多路相位控制；（6）在功率检测电路中，低耦合度的耦合器也是十分有用的。
当然，耦合器在射频微波电路中的运用还有很多，本文就不再吹彩虹屁了，读者朋友们可以自行了解更多相关应用。
综上所述，笔者认为在现代无线电子系统中，一款低成本，高性能，小型化的耦合器将永远不过时。
在笔者确定写这篇博文之后才发现其他RFASK的博主分享了很多耦合器相关的博文，如博客主赵强的《微波笔记·3dB短缝波导耦合器设计》、《微波笔记·带状线超宽带电桥设计》、《贝兹孔波导定向耦合器的实现》、《微波笔记·Lange电桥的设计》都是不错的学习资源，大家可以自行前往学习哦。
射频耦合器讲解ppt课件
on功分器
Wilkinson功分器设计
z 2
•
V1 V 0 V 1 jV0 1 / 1
x
2 2 2 2
V1 jV0 2
66
Wilkinson功分器设计
•
77
Wilkinson功分器设计
•
设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，并且绘出回波损耗S11、
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。
• 5后处理：S参数扫频曲线、S矩阵
14
环形定向耦合器
仿真分析结束后，绘制出的S参数曲线如下图所示。
Y1
Name
X
Y
m10.00 4.0000 -2.9391
-5.00
-10.00
-15.00
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00
-40.00 1.00
2.00
XY Plot 1
m1
3.00
1端口
2端口
3端口 Wilkinson功分器
参考地(后面略去)
44
Wilkinson功分器设计
• 奇--偶模理论 • 为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，1端口以两个归一
Wilkinson功分器设计
z 2
•
V1 V 0 V 1 jV0 1 / 1
x
2 2 2 2
V1 jV0 2
66
Wilkinson功分器设计
•
77
Wilkinson功分器设计
•
设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，并且绘出回波损耗S11、
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。
• 5后处理：S参数扫频曲线、S矩阵
14
环形定向耦合器
仿真分析结束后，绘制出的S参数曲线如下图所示。
Y1
Name
X
Y
m10.00 4.0000 -2.9391
-5.00
-10.00
-15.00
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00
-40.00 1.00
2.00
XY Plot 1
m1
3.00
1端口
2端口
3端口 Wilkinson功分器
参考地(后面略去)
44
Wilkinson功分器设计
• 奇--偶模理论 • 为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，1端口以两个归一
耦合器基础知识-PPT课件
耦合器
616028282
目录
1 •2 •3 •4 •5 定向耦合器。 定向耦合器的性能指标。 波导双孔定向耦合器。 双分支定向耦合器 。 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, 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。
• 功率控制的在各个功率下都要求严格，只是在接近最 大功率处更为苛刻，此时PA的功率较大，对线性度的 挑战也不叫苛刻，稍微冒大一点可能会连带处调变参 数，如ACP，Spectrum，EVM等大幅度恶化，像 有的兄弟遇到的指标跳来跳去，有时会跳fail。另外一 方面就是校准之后，小功率会比较准确而大功率会有 相对较大的误差，主要有两方面的原因，其一是功率 校准时通过取点内插法实现，在小功率模式下，PA的 线性度较高，其差值得到的直线（曲线）很接近实际 的特性直线（曲线），而在大功率下，其功率可能会 接近压缩，曲线会有所失真，这样通过差值得到的曲 线，除非取点很多，否则很难精准模拟实际特性曲线， 所以在PA输出加一功率检测反馈回路保证功率的精确 性
• 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
616028282
目录
1 •2 •3 •4 •5 定向耦合器。 定向耦合器的性能指标。 波导双孔定向耦合器。 双分支定向耦合器 。 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, 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。
• 功率控制的在各个功率下都要求严格，只是在接近最 大功率处更为苛刻，此时PA的功率较大，对线性度的 挑战也不叫苛刻，稍微冒大一点可能会连带处调变参 数，如ACP，Spectrum，EVM等大幅度恶化，像 有的兄弟遇到的指标跳来跳去，有时会跳fail。另外一 方面就是校准之后，小功率会比较准确而大功率会有 相对较大的误差，主要有两方面的原因，其一是功率 校准时通过取点内插法实现，在小功率模式下，PA的 线性度较高，其差值得到的直线（曲线）很接近实际 的特性直线（曲线），而在大功率下，其功率可能会 接近压缩，曲线会有所失真，这样通过差值得到的曲 线，除非取点很多，否则很难精准模拟实际特性曲线， 所以在PA输出加一功率检测反馈回路保证功率的精确 性
• 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
射频电路理论与技术-Lectrue 6(定向耦合器等)
Z0
Z1
ZL
图2.50 单节四分之一匹配变换器。
4
南京理工大学通信工程系
向匹配端看去的输入阻抗是
Z in Z1 Z L jZ1t Z1 jZ L t
l
（2.76）
Z0
Z1
ZL
式中，t tan l tan 在设计频率f0处， l 2 于是反射系数为
Z in Z 0 Z1 Z L Z 0 jt Z12 Z 0 Z L Z in Z 0 Z1 Z L Z 0 jt Z12 Z 0 Z L
所以，在 =m 处，带宽低端的频率是
fm
由式（2.82）可得到相对带宽为
2 m f 0
2f 4 f 2 f 0 f m 2 m 2 m f0 f0 f0 2 Z0ZL m 2 arccos 2 Z Z 1 L 0 m 4
（2.83）
8
南京理工大学通信工程系
相对带宽通常表示为百分数 100f /f0 %。 注意，当ZL接近Z0时（小失配负载），变换器的带宽增加了。 上面的结果只对TEM传输线严格有效。 当用非TEM传输线（诸如波导）时，传播常数不再是频率的线性函数， 而且波阻抗也与频率有关。这些因素使得非TEM传输线的一般特性复杂 了。 在上面的分析中，忽略的另一因素是，当传输线的尺寸有阶跃变化时，与 该不连续性相联系的电抗的影响。这通常可对匹配长度做小的调整来补偿 该电抗的影响。
13
南京理工大学通信工程系
The theory of small reflections
I. Single-Section Transformer
The partial reflection and transmission coefficients are
射频电路14-定向耦合器20141030
South China University of Technology
波比、工作带宽等，定向耦合器的主要技术 指标有耦合度、方向性和隔离度。
设输入功率为P1，直通端、耦合端和隔离端
匹配时的输出功率分别为P2, P3, P4.
耦合度C定义
C 10lg P a 1 1 10lg 1 10lg 20lg S31 2 P3 b3 S31
Research Institute of Antennas & RF Techniques
South China University of Technology
严格分析
第一步：求平行耦合线的散射矩阵 平行耦合线具有互易、对称特性，所以
South China University of Technology
引言 理想定向耦合器的特性
平行耦合线定向耦合器
分支线定向耦合器 波导定向耦合器 混合环
Research Institute of Antennas & RF Techniques
14.1 引言
定向耦合器是一种功率有方向性耦合的器件，
South China University of Technology
S.C
PEC
奇模激励
Research Institute of Antennas & RF Techniques
于是，任意激励时平行耦合线的散射参数
1 S11 ( S11e S11o ) 2 31 Z0e Z0 Z0o Z0 j sin ( ) j sin ( ) Z 0 Z 0e Z0 Z0o Z Z Z Z 4cos 2 j sin ( 0 e 0 ) 4cos 2 j sin ( 0 o 0 ) Z 0 Z 0e Z0 Z 0o
波比、工作带宽等，定向耦合器的主要技术 指标有耦合度、方向性和隔离度。
设输入功率为P1，直通端、耦合端和隔离端
匹配时的输出功率分别为P2, P3, P4.
耦合度C定义
C 10lg P a 1 1 10lg 1 10lg 20lg S31 2 P3 b3 S31
Research Institute of Antennas & RF Techniques
South China University of Technology
严格分析
第一步：求平行耦合线的散射矩阵 平行耦合线具有互易、对称特性，所以
South China University of Technology
引言 理想定向耦合器的特性
平行耦合线定向耦合器
分支线定向耦合器 波导定向耦合器 混合环
Research Institute of Antennas & RF Techniques
14.1 引言
定向耦合器是一种功率有方向性耦合的器件，
South China University of Technology
S.C
PEC
奇模激励
Research Institute of Antennas & RF Techniques
于是，任意激励时平行耦合线的散射参数
1 S11 ( S11e S11o ) 2 31 Z0e Z0 Z0o Z0 j sin ( ) j sin ( ) Z 0 Z 0e Z0 Z0o Z Z Z Z 4cos 2 j sin ( 0 e 0 ) 4cos 2 j sin ( 0 o 0 ) Z 0 Z 0e Z0 Z 0o
耦合器基础知识-PPT课件
• 总之，波导双孔定向耦合器是依靠波的 相互干涉而实现主波导的定向输出, 在耦 合口上同相叠加, 在隔离口上反相抵消。 为了增加定向耦合器的耦合度，拓宽工 作频带, 可采用多孔定向耦合器,
二 ，双分支定向耦合器
• 双分支定向耦合器由主线、副线和两条分支线 组成, 其中分支线的长度和间距均为中心波长 的1/4, 如图 5 - 15 所示。 设主线入口线“①” 的特性阻抗为, 主线出口线“②”的特性阻抗 为(k为阻抗变换比), 副线隔离端“④”的特性 阻抗为, 副线耦合端“③”的特性阻抗为, 平 行连接线的特性阻抗为Z0p, 两个分支线特性 阻抗分别为和。下面来讨论双分支定向耦合器 的工作原理。
5 耦合器得用途
• 功率控制的在各个功率下都要求严格，只是在接近最大功率处更 为苛刻，此时PA的功率较大，对线性度的挑战也不叫苛刻，稍微 冒大一点可能会连带处调变参数，如ACP，Spectrum，EVM 等大幅度恶化，像有的兄弟遇到的指标跳来跳去，有时会跳fail。 另外一方面就是校准之后，小功率会比较准确而大功率会有相对 较大的误差，主要有两方面的原因，其一是功率校准时通过取点 内插法实现，在小功率模式下，PA的线性度较高，其差值得到的 直线（曲线）很接近实际的特性直线（曲线），而在大功率下， 其功率可能会接近压缩，曲线会有所失真，这样通过差值得到的 曲线，除非取点很多，否则很难精准模拟实际特性曲线，所以在 PA输出加一功率检测反馈回路保证功率的精确性
(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
耦合器基本原理.ppt
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”。
0.4
0.3
0.2
C D
0.1
7.56110 6 0
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
4000
Z
8000
1、拉伸停止在C点，器件性能对波长最不敏感，离开C点， 波长敏感性逐渐增大，因此，如果拉伸停在C点，就能 在相应的中心波长获得最大的工作带宽，即“单窗口宽 带耦合器”。
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。
熔融拉锥法（Fused Biconical Taper, FBT)
将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一 定的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两侧拉 伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构， 实现传输光功率耦合的一种方法。
光源
光纤
夹具
光探测器
火焰
控制电路
熔融拉锥系统示意图
计算机
0.4
0.3
0.2
C D
0.1
7.56110 6 0
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
4000
Z
8000
1、拉伸停止在C点，器件性能对波长最不敏感，离开C点， 波长敏感性逐渐增大，因此，如果拉伸停在C点，就能 在相应的中心波长获得最大的工作带宽，即“单窗口宽 带耦合器”。
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。
熔融拉锥法（Fused Biconical Taper, FBT)
将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一 定的方式靠拢，在高温加热下熔融，同时向两侧拉 伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构， 实现传输光功率耦合的一种方法。
光源
光纤
夹具
光探测器
火焰
控制电路
熔融拉锥系统示意图
计算机
射频微波电路研究第六章定向耦合器
2 插入损耗
主路输出端和主路输入端的功率比值，包括 耦合损耗以及导体介质的热损耗
3 耦合度
描述耦合输出端口与主路输入端的比例关系
4 方向性
描述耦合输出端与耦合支路隔离端的比例关系。 理想情况下为无穷大
5 隔离度
描述主路输入端口和耦合支路隔离端口的比例 关系。理想情况下，隔离度为无限大
T(dB )10lgP2 P1
奇偶模分析
对线上所有阻抗用Z0归一化，在端口1输入单位幅值 1的波，采用偶模激励和奇模激励相叠加的方式来分 析分支线耦合器，奇模激励为±1/2,偶模激励为1/2
偶模激励 在两个端口的输入波振幅是1/2
由对称性可知，在中心线处无电流通过，相当于开路
奇模激励 在两个端口的输入波振幅是±1/2
由对称性可知，在中心线处电压为零，相当于短路
m3
0
m3
freq=7.510GHz dB(S(4,1))=-0.224
-5
dB(S(4,1)) dB(S(3,1)) dB(S(2,1))
-10
m1
-15
m2
-20
-25 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
freq, GHz
微带定向耦合器ADS仿真结果，可 以在ADS中对定向耦合器优化得到 更好的结果
平行耦合线耦合器设计方法
1 确定耦合器指标：耦合系数C（dB），各端口的 特征阻抗Z0(Ω)，中心频率ƒc，基片参数(εr，h)
2 利用奇偶模阻抗计算式计算奇偶模特征阻抗
Z0e Z0
110C 20 110C 20
110C 20 Z0o Z0 110C 20
3 利用所得奇偶模特征阻抗在奇偶模特征阻抗设计 数据中查得S/b,W/b(其中S为耦合线间距，W耦合 线宽度，b为基片厚度)
耦合器基础知识-PPT精品文档
(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
• 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。
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
• 总之，波导双孔定向耦合器是依靠波的 相互干涉而实现主波导的定向输出, 在耦 合口上同相叠加, 在隔离口上反相抵消。 为了增加定向耦合器的耦合度，拓宽工 作频带, 可采用多孔定向耦合器,
射频器件耦合器指标要求,功率容量
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。
三、耦合器的功率容量1. 定义耦合器的功率容量是指耦合器能够承受的最大功率。
在实际的射频系统中，由于信号的功率通常是不断变化的，因此要求耦合器能够承受系统中的最大功率，以确保系统的正常工作和稳定性。
2. 影响因素耦合器的功率容量受到多种因素的影响，如材料的选择、结构的设计、散热的方式等。
在实际的设计过程中，需要综合考虑这些因素，以确保耦合器能够承受系统中的最大功率，同时保证耦合器的稳定性和可靠性。
射频耦合器讲解课件
1端口
2端口
3端口 Wilkinson功分器源自参考地(后面略去)4
Wilkinson功分器设计
• 奇--偶模理论 • 为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，1端口以两个归一
化值为2的电阻并联构成，2端口和3端口以归一化值为1的电阻构成， 隔离电阻用两个r/2电阻的串联表示，这样该网络相当于中间平面是 对称的。/4线具有的归一化特性阻抗为z，隔离电阻具有归一化值 为r；可以证明对等分功分器情况， z 2和r = 2。
5
归一化、对称形式的Wilkinson功分器
Wilkinson功分器设计
z 2
•
V1 V 0 V 1 jV0 1 / 1
x
2 2 2 2
V1 jV0 2
6
Wilkinson功分器设计
•
7
Wilkinson功分器设计
•
设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，并且绘出回波损耗S11、
环形定向耦合器
仿真分析结束后，绘制出的S参数曲线如下图所示。
Y1
Name
X
Y
m10.00 4.0000 -2.9391
-5.00
-10.00
-15.00
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00
-40.00 1.00
2.00
XY Plot 1
m1
3.00
4.00
5.00
Freq [GHz]
Coupler ANSOFT
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
最新射频技术功率分配器与定向耦合器PPT课件
(a)偶模等效电路
2
从右往左看
Zin
2 2
1
，电路匹配。
(b)奇模等效电路
从右往左看 Zinr/2Z0 ，电路匹配。
(C)端口1的匹配
从左往右看，电阻等效于两标准阻抗经λ/4阻抗变
换后的两阻抗并联
完全匹配。
2
Zin
1 2
2 1
1
Wilkinson电路设计
dB(S(2,3)) dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1))
b3
12Te12T0
1 2
b4 12e 120 0
•与理想S参数距阵一致，从而证明了电路分析的正确性。其它各行可 通过互换位置得到。
•例：
•电路仿真结果
dB(S(1,4)) dB(S(1,3)) dB(S(1,2)) dB(S(1,1)) phase(S(1,2))-phase(S(1,3))
0
•多节
•基片RT/D 6010, 相对介电常数10.8, 厚度1.27mm
二、Wilkinson功率分配器 •Wilkinson的特点
三端口同时匹配；分支隔离；三端口匹配时无耗； •Wilkinson的电路形式（等分）
•奇耦模式分析方法
归一化和完全对称 条件下的等效电路
(a)偶模等效电路 (b)奇模等效电路
-20
-40
-60
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
freq, GHz
*微波固态电路设计》p165
m3 freq=1.790GHz dB(S(2,2))=-20.275
0
m4 ind Delta=4.400E8 dep Delta=0.447 delta mode ON
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
• 5后处理：S参数扫频曲线、S矩阵
1端口
2端口
3端口 Wilkinson功分器
参考地(后面略去)
4
Wilkinson功分器设计
• 奇--偶模理论 • 为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，1端口以两个归一
化值为2的电阻并联构成，2端口和3端口以归一化值为1的电阻构成， 隔离电阻用两个r/2电阻的串联表示，这样该网络相当于中间平面是 对称的。/4线具有的归一化特性阻抗为z，隔离电阻具有归一化值 为r；可以证明对等分功分器情况， z 2和r = 2。
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
5
归一化、对称形式的Wilkinson功分器
Wilkinson功分器设计
z 2
•
V1 V 0 V 1 jV0 1 / 1
x
2 2 2 2
V1 jV0 2
6
Wilkinson功分器设计
•
7
Wilkinson功分器设计
•
设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，束后，绘制出的S参数曲线如下图所示。
Y1
Name
X
Y
m10.00 4.0000 -2.9391
-5.00
-10.00
-15.00
-20.00
-25.00
-30.00
-35.00
-40.00 1.00
2.00
XY Plot 1
m1
3.00
4.00
5.00
Freq [GHz]
Coupler ANSOFT
8
•
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
环形定向耦合器
•
环形定向耦合器
•
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。
学习总结
一、Wilkinson功分器奇偶模分析方法
Wilkinson功分器设计
•
端口1
端口2 端口3
Wilkinson功分器设计
• 1、等功分情况 • 微带功分器可以进行任意比例的功率分配，下面只考虑等功分
（3dB）情况。
• 我们在输出端分别用对称和反对称源来激励，这样可将电路归结为
两个简单电路的叠加，这就是奇偶模分析技术。
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。