基于ADS的定向耦合器的设计
如何设计定向耦合器电路
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。
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）通常情况下，电源连接耦合器的输入端口，负载则连接输出或传输端口。
耦合端口输出是衰减后的正向信号。
衰减值如三端口设备原理图中所示。
在三端口设备中，隔离端口已在内部端接；而在四端口设备中，该端口输出与反射信号成正比。
原理图符号内的箭头表示分量路径。
例如，在四端口配置中，输入端口指向耦合端口，表明它接收了正向分量，而输出端口连接隔离端口，后者用于读取反射信号。
端口号并未标准化，因制造商不同而有所差异。
不过，各个供应商的端口命名相对统一。
耦合器是对称设备，各端口连接可互换。
定向耦合器的研究
定向耦合器的研究定向耦合器的研究——几种微带定向耦合器结构与分析摘要定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。
主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。
现在国内外研究定向耦合器都向体积小、功率容量大、频带宽、插入损耗小，有良好的驻波比和方向性等发展。
如今已研制出的高性能的耦合器，如中国电子科技集团公司第四十一研究所研制的耦合器，频率范围可从30kHz达到110GHz，耦合度也有3dB、10dB、20dB各种型号，且它的功率有的可以达到10KW，例如AV70606耦合器，它在保证方向性大于30dB的情况下，功率就可达到10KW。
甚至有些公司在耦合度控制在10dB的情况下，它的回波损耗可以低于-50到-60dB，甚至更低。
然而在某些特性场合，对耦合器的要求也是越来越高，因而更加优良的耦合器也有待我们去研究。
关键词: 传输线；微带线；定向耦合器；耦合度；奇模；偶模1引言在一些电桥及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向祸合器分支线电桥或定向藕合器由两根平行传输线所组成，通过一些分支线实现拐合它们在中心频率上分支线的长度及其间的间隔全都是四分之一波长。
由于徽带线分支定向祸合器在结构和加工制造方面都比波导和同轴线简便得多，因此在徽带电路，分支线电桥和定向祸合器得到了较多的应用。
随着定向耦合器技术的发展，它应用到了更多更广泛的领域当中去，例如相控阵雷达等，越来越多的人开始关注这项技术，这更使定向耦合器得到了长足发展，随着时间的推移它在电子技术领域占到了越来越重要的地位。
2 微带定向耦合器的种类微带定向耦合器的种类有很多，例如：平行耦合微带线定向耦合器、微波3dB 微带双分支定向耦合器、宽带微带定向耦合器等。
2.1 平行耦合微带线定向耦合器图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。
当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。
利用ADS设计超宽带定向正交耦合器的设计与实现_毕业设计论文
利⽤ADS设计超宽带定向正交耦合器的设计与实现_毕业设计论⽂题（中、英⽂）作者姓指导教师姓名、学科门代分类学密Design and Implementation of Ultra WidebandDirectional Quadrature Coupler西安电⼦科技⼤学学位论⽂创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本⼈声明所呈交的论⽂是我个⼈在导师指导下进⾏的研究⼯作及取得的研究成果。
尽我所知，除了⽂中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论⽂中不包含其他⼈已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电⼦科技⼤学或其它教育机构的学位或证书⽽使⽤过的材料。
与我⼀同⼯作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论⽂中做了明确的说明并表⽰了谢意。
申请学位论⽂与资料若有不实之处，本⼈承担⼀切的法律责任。
本⼈签名：⽇期西安电⼦科技⼤学关于论⽂使⽤授权的说明本⼈完全了解西安电⼦科技⼤学有关保留和使⽤学位论⽂的规定，即：研究⽣在校攻读学位期间论⽂⼯作的知识产权单位属西安电⼦科技⼤学。
学校有权保留送交论⽂的复印件，允许查阅和借阅论⽂；学校可以公布论⽂的全部或部分内容，可以允许采⽤影印、缩印或其它复制⼿段保存论⽂。
同时本⼈保证，毕业后结合学位论⽂研究课题再撰写的⽂章⼀律署名单位为西安电⼦科技⼤学。
（保密的论⽂在解密后遵守此规定）本学位论⽂属于保密，在年解密后适⽤本授权书。
本⼈签名：⽇期导师签名：⽇期摘要摘要定向耦合器是能够进⾏功率分配的射频微波器件，具有⼴泛的应⽤。
本⽂讨论的定向耦合器⼯作频段为30MHz～512MHz，根据波段系数和相对带宽的定义，属于超宽带微波器件。
在如此宽的波段、如此低的频率，⽬前尚⽆带状线结构的产品，因此具有创新意义。
该超宽带定向正交耦合器包含四个端⼝，分别为输⼊端、直通端、耦合端和隔离端，在对功率进⾏平均分配的同时，可使直通端和耦合端的相位差稳定于90°左右。
利⽤其功率分配和相位的关系，该定向耦合器可以⽤于V/U波段⾃适应⼲扰抵消器的正交裂相。
基于ADS的定向耦合器的设计毕业论文
论文结构
（a）正向定向耦合器
（b）反相定向耦合器
信号发生器
信号发生器，它 的输出功率电平是由 内附功率计监视的， 送入功率计的功率只 应占信号发生器输出 功率的小部分，让大 部分的功率从信号发 生器的输出端输出。
论文结构
分支电路的 设计与分析
基于ADS的定向耦合器的设计毕业论文
摘要
研究意义
随着通信技术的迅速发展，无线电设备的小型化 是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波 范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体 化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究 价值。
论文结构
定向耦合器
定向耦合器是具有方向性的 功率耦合和功率分配元件，其结 构形式多种多样
定向耦合器是一个四端 口网络, 其设计可以分解成 两个带通滤波器的设计。这 样, 一个四端口网络的设计 就转化为二端口网络的设计, 不但简化了设计过程, 而且 可以沿用现有的带通微波滤 波器的综合方法。
论文结构
设计 与 仿真
参数设置
H:基板厚度 Er:基板相对介电常数 Mur:磁导率 Cond:金属电导率 Hu:封装高度 T:金属层厚度 TanD:损耗角正切 Roungh:表面粗糙度
设计与仿真
S参数仿真原理图
设计与仿真
仿真后的参数曲线
设计与仿真
（a）S11 S12仿真结果图
仿真后的参数曲线
设计与仿真
（b）S31 S41参数曲线
仿真后的参数曲线
设计与仿真
（c）S31 S41相位曲线
分支线耦合器版图
设计与仿真
研究 与 总结
研究与总结
定向耦合器
单位代码： 10293 密 级：硕 士 学 位 论 文论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士二零一五年三月学 科 专业 研 究 方向 申请学位类别 论文提交日期摘要定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。
特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。
但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。
本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。
论文的主要工作和创新点包括：（1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。
这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。
（2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。
（3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。
在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。
关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽AbstractReader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include:(1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation.(2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased.(3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation.Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景与意义 (1)1.2 RFID系统基本介绍 (1)1.3 RFID系统现状和进展 (3)1.3.1 RFID系统使用现状 (3)1.3.2 RFID系统中读写器收发隔离技术的重要程度 (3)1.4本文的主要工作及内容安排 (4)第二章定向耦合器基本原理 (6)2.1 定向耦合器工作原理 (6)2.1.1 定向耦合器基本特性 (6)2.1.2 定向耦合器理论分析 (7)2.1.3 定向耦合器的技术指标 (9)2.2 常见定向耦合器的介绍 (10)2.2.1 平行耦合线定向耦合器 (11)2.2.2 波导定向耦合器 (11)2.2.3 分支线定向耦合器 (13)2.2.3 环形定向耦合器 (14)2.3 3dB微带分支线定向耦合器理论分析 (15)2.4 本章小结 (18)第三章带短路支节双分支线定向耦合器设计 (19)3.1 3dB双分支线定向耦合器设计 (19)3.1.1 3dB双分支线定向耦合器ADS仿真 (19)3.1.2 微带线理论分析 (21)3.1.3 3dB双分支线定向耦合器建模与结果分析 (23)3.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器设计 (26)3.2.1 3dB带短路支节双分支线定向耦合器的工作原理 (27)3.2.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器建模与仿真 (29)3.2.3 相关参数优化与结果分析 (31)3.2.4 两款定向耦合器对比分析 (38)3.3 本章小结 (40)第四章实物测试与结果分析 (41)4.1 实物加工与测试 (41)4.2 测试结果与仿真结果分析 (44)4.3 本章小结 (47)第五章改进型微带分支线定向耦合器设计 (48)5.1 3dB微带三分支线型定向耦合器设计 (48)5.1.1 3dB微带三分支线定向耦合器ADS仿真 (48)5.1.2 3dB微带三分支线定向耦合器建模与仿真 (51)5.2 3dB带短路支节三分支线定向耦合器设计 (54)5.2.1 3dB带短路支节三分支线定向耦合器建模与仿真 (54)5.2.2 参数优化与结果分析 (56)5.2.3 3dB带短路支节双分支线和3dB带短路支节三分支线定向耦合器对比分析 (60)5.3 本章小结 (61)第六章总结与展望 (62)参考文献 (64)第一章绪论1.1研究的背景与意义无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它的主要特征是运用射频信号和空间耦合传输特性，达到对被识别物体的自动识别[1]。
基于ADS的微波混频器设计分析
基于ADS的微波混频器设计分析微波混频器设计时采用了ADS软件，ADS软件能够优化微波混频器中的电路，提高微波混频器的工作性能。
微波混频器中采用了微电子技术、射频通信技术，运用ADS软件保障各项技术在微波混频器中的有效应用，促使微波混频器可以满足使用标准，因此，本文主要探讨ADS中微波混频器的相关设计。
标签：ADS；微波混频器；设计微波混频器设计中采用了单平衡混频器电路，此项电路设计时需以平面微带混合集成为基础，为了保障微波混频器设计的合理性，应该采用ADS软件完善设计，辅助安排电路的仿真，促使微波混频器能够达到技术指标，优化电路结构在微波混频器中的应用，表明ADS软件在微波混频器中的可靠性。
1 原理微波混频器在使用时过滤掉不需要的频率分量，主要由信号输入、非线性器件、本地振荡器、滤波器以及输出中频信号几个模块构成，当两个不相同频率的高频电压加载到一个非线性器件上后，应该要经过非线性变换，流经混频器的电流中有差频分量、谐波、基波以及直流分量[1]，比如这些电流中的差频分量，属于微波混频器中有用的中频信号，此时就要利用微波混频器过滤掉除差频分量以外的电流信号，得出差频分量以后完成混频的过程。
微波混频器使用ADS软件设计时要注意谐波平衡法的应用，分析混频器的非线性电路，简化混频器的电路设计。
2 优势ADS软件下，微波混频器设计表现出了明显的优势，首先是ADS简化了微波混频器的电路，在简单电路下就能完成频率的集成，提高了混频器工作的稳定性；然后是微波混频器的工作带宽设计的频程大，维护好混频器的性能[2]；最后是微波混频器采用ADS软件设计后优化了各项指标，包括噪声系数、带宽以及动态范围等，保障微波混频器的使用性能。
3 设计3.1 设计方案基于ADS的微波混频器设计方案中，最先要规划整体电路的拓扑设计，微波混频器的主要组成有：定向耦合器、电感线、二极管、阻抗匹配电路、相移线、匹配负载和中频及直流通路[3]，ADS软件给出了拓扑设计，混频器中的微波信号经过定向耦合器从输入端口1进入，本振功率的入口是输入口2，定向耦合器在混频器中区分了本振口与信号口，设计出了适当的距离，耦合度设计为10dB，阻抗变换器安装到混频管到耦合器的四分之一位置，阻抗完成匹配之后，信号与本振功率就可以准确的加载到二极管，混频器中安装的二极管为复阻抗，直接在正常的工作频率下测量，ADS在电路设计方案中使用了两个混频管，在相位关系的条件下促使信号与本振都能等分加载到对应的二极管上，混合电路与耦合器连接时，需采用分支线和环形桥连接，保障电线连接的合理性。
手把手教你仿微带耦合器(ADS)
微带定向耦合器S参数仿真一、软件启动1.1、启动软件※ 启动软件1.2、建立新的Design※ 启动后进入如下界面：※ 创建新的工程文件：File > New Project，文件名为sample，设置单位为 millimeter。
※ 新工程文件建立完毕※ 设计窗口自动打开※ 在设计窗口中创建新的Design：File > New Design，命名设计为microstriplinecoupling，此时默认单位为millimeter 。
※ 点击OK后，设计窗口上方出现[Sample_prj] microstriplinecoupling 的标题。
二、建立微带耦合器的电路原理图2.1、选择微带线工具栏※ 在设计窗口的下拉式菜单中选择Tlines-Microstrip2.2、创建微带线参数控件※ 在工具栏里点击微带线参数控件，在原理图中放置一个该控件。
※ 双击原理图中的微带线参数控件图标，激活其参数设置对话框，其参数的含义是：﹠H:基板厚度﹠Er:基板相对介电常数﹠ Mur:磁导率﹠ Cond:金属电导率﹠ Hu:封装高度﹠ T:金属层厚度﹠ TanD:损耗角﹠ Roungh:表面粗糙度※ 设置基板厚度为0.93mm，介电常数4.6，金属层厚0.035mm，其他参数使用默认数值即可，特别要注意参数的单位。
2.3、创建耦合微带线模型※ 在工具栏里点击耦合微带线模型，在原理图中放置一个该模型。
※ 双击原理图中的耦合微带线模型图标，激活其参数设置对话框，其参数的含义是：﹠W：微带线宽度﹠S：耦合微带线间距﹠L：耦合微带线长度﹠Temp：温度﹠W1、W2、W3、W4：四个端口引脚宽度（在Layout中）※ 设置微带线宽带为w1（mm），此处的w1为一个变量，将在后面定义其数值，千万注意不要漏掉单位，注意区分大小写；设置耦合微带线间距为3mm，耦合微带线长为10mm。
其他参数可以不设置，注意基板名称为“Msub1”。
基于ADS—微带分支定向耦合器的设计
目录一、课题名称2二、设计指标 (2)三、设计理论根底 (2)四、设计步骤41．设计微带分支定向耦合器的原理图42．微带线分支定向耦合器的原理图仿真 (6)3．微带分支定向耦合器幅员的生成8五、设计小结 (9)六、参考文献：9前言：定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进展分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。
本设计主要利用ADS2021软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。
关键词：定向耦合器微带分支ADS 微波耦合度基于ADS—微带分支定向耦合器的设计一、课题名称：基于ADS—微带分支定向耦合器的设计二、设计指标：本报告微带分支定向耦合器的设计指标如下。
中心频率选为2.4GHz。
● 在2.3GHz —2.5GHz 围，11S 的取值小于-36dB 。
● 在2.3GHz —2.5GHz 围，21S 的取值大于-3.0dB ● 在2.3GHz —2.5GHz 围，31S 的取值小于-36dB 。
● 在2.3GHz —2.5GHz 围，41S 的取值大于-3.0dB ● 系统的特性阻抗选为50Ω。
● 微带线基板的厚度选为0.5mm ，基板的相对介电常数选为4.2.三、 设计理论根底：在射频微波电路中，经常用到多端口网络，分支定向耦合器是最常用的多端口网络，它在电路中起到了十分重要的作用，它能够在固定的参考相位的条件下，分开和组合射频微博端口。
〔一〕、定向耦合器的根本功能和参数指标定向耦合器是一个4端口网络，它有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，分别对应图中的1、2、3、4端口1243 定向耦合器定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度、定向性、输入驻波比及工作带宽等，下面介绍上述各指标1、 耦合度耦合度C 定义为输入端口的输入功率P1和耦合端口P3之比的分贝数，耦合度C 表示为：1210lg()P C dB P = 引入网络散射参量，耦合度又可以表示为：11233113/2110lg 10lg 20lg ()/2i il U P C dB P S S U ===耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度为0dB~10dB 的定向耦合器称为强耦合定向耦合器，把耦合度为10dB~20dB 的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB 的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
一种超宽带平坦度好的定向耦合器的制作方法
一种超宽带平坦度好的定向耦合器的制作方法超宽带平坦度好的定向耦合器是一种在超宽带通信系统中应用广泛的关键元件，它可以实现高效的信号传输和能量耦合。
本文将介绍一种制作超宽带平坦度好的定向耦合器的方法。
我们需要了解什么是超宽带平坦度。
超宽带平坦度是指在整个频率范围内，定向耦合器的插入损耗基本保持不变。
超宽带通信系统需要传输宽频带信号，而平坦度好的定向耦合器可以保证信号在整个频率范围内的传输质量稳定，避免信号损失和失真。
制作超宽带平坦度好的定向耦合器的方法如下：1. 设计定向耦合器的几何结构：根据系统需求和性能指标，设计定向耦合器的几何结构。
这包括确定耦合器的尺寸、形状和材料等。
2. 制备基底材料：选择合适的基底材料，并进行表面处理，以提高材料的附着性和耐腐蚀性。
常用的基底材料有氧化硅、氮化硅等。
3. 制作耦合器的导波结构：利用光刻技术和干法刻蚀技术，在基底上制作出耦合器的导波结构。
导波结构的形状和尺寸需要根据设计要求进行精确控制。
4. 制作金属电极：利用金属蒸镀技术，在导波结构上制作出金属电极。
金属电极的形状和布局需要与导波结构相匹配，以实现有效的耦合效果。
5. 进行测试和调优：制作完成后，需要对定向耦合器进行测试和调优。
通过测量插入损耗和反射损耗等参数，对耦合器的性能进行评估和优化。
6. 封装和封装测试：将定向耦合器封装在适当的封装中，并进行封装测试。
封装的目的是保护耦合器，确保其在实际应用中的稳定性和可靠性。
总结：超宽带平坦度好的定向耦合器是超宽带通信系统中重要的元件，通过合理的设计和制作方法，可以实现高效的信号传输和能量耦合。
制作超宽带平坦度好的定向耦合器需要注意材料选择、几何结构设计、制作工艺等多个方面的因素，以实现优异的性能和稳定的质量。
未来，随着超宽带通信技术的发展，超宽带平坦度好的定向耦合器将在更多的应用领域中发挥重要作用。
基于ADS的定向耦合器的设计..
本科毕业论文（设计、创作）题目：基于ADS的定向耦合器的设计学生姓名：张振华学号： 110102044 所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术入学时间： 2011 年 9 月导师姓名：杨斌职称/学位：讲师/学士导师所在单位：安徽三联学院完成时间： 2015 年 6 月安徽三联学院教务处制基于ADS的定向耦合器的设计摘要：在20世纪50年代初，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论。
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。
定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。
定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。
本设计主要利用ADS2011软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。
关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波Design of directional coupler based on ADS Abstract: In twentieth Century the beginning of the 50's, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theory. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveguide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power distribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microstrip branch directional coupler, completes the schematic and layout.Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave目录第一章绪论 (1)1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 (1)1.2 ADS简介 (2)1.2.1 ADS的特点 (2)1.2.2 ADS的设计方法 (2)1.3 定向耦合概念及分类 (3)1.3.1概念 (3)1.3.2分类 (4)1.3.3 主要技术指标 (6)第二章工作原理 (8)2.1 传输线理论 (8)2.2 输入阻抗 (9)2.3 特性及测量 (10)2.3.1网络特性 (10)2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量） (11)2.4 定向耦合器的用途 (11)第三章微带分支电路的分析与设计 (12)3.1 分支线耦合器 (13)3.2 分支线耦合器的奇、偶模分析 (13)第四章设计过程 (17)4.1 建立工程 (17)4.2 原理图的设计 (18)4.3微带线参数的设置 (19)4.4 VAR控件的设置 (20)4.5 S参数仿真设计 (20)4.6 参数的优化 (22)4.7分支线耦合器版图的生成 (23)第五章总结与展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第一章绪论1.1 微波技术产生的背景及发展趋势微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。
实验七、定向耦合器设计与仿真
依次点击“oK”，最后得到”VAR”控件的参数设置如图，点击”OK”。
2、双击原理图中“Mlang”控件修改W,S参数为变量形式。
3、单击元件窗口面板选择” 将“optim”和”GOal”两控件拖入电路窗口，共设三个 优化目标，再复制两个“Goal” 。分别对这这个控件 进行设置，如图。
点击仿真按钮，结果如图。将w=1.22,S=1.24,代入控件VAR中，将优化的四个 控件关闭，再重新仿真得仿真数据如图。
电路版图
D
10 log
P4 P3
20 log
S41 S31
(dB)
⑷、插入损耗：直通端口②的输出功率P2和输入端口①的输入功率P1之比。
IL
10
log
P2 P1
20 log
S21
(dB)
⑸、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。
1 S11
1 S11
⑹、工作带宽：定向耦合器的C、I、D、ρ等参数均满足要求的工作频率范围。
由于H=15mil，所以得W=1.605mil,S=1.065mil。中心频率f0=12GHz，所以 L=100mil。用这些参数对电路图中的“Mlang”双击设置相应参数（w2对应 耦合器四个端口50Ω的微带线宽度，计算得到14.75mil)。
8、同样对S参数扫描参数进行相应设置。如图
单击仿真，添加数据S(1,1) ,S(3,1) S(4,1),显 示窗口。
④ 隔离
Z0 λ/4
s
Z0 w
② 直通
输入 ① Z0
③
Z0
耦合
Lange结构
1、耦合器工作原理
结构如图，端口1的输入功率一部分直接传输给直通端口2、另一部分 耦合到耦合端口3，理想情况下，没有功率从隔离口输出。另外直通口与耦 合口之间有900的相位差。Z0为输入输出微带线的宽度，S为微带线之间的 间距，λ/4为工作带宽中心频点处的四分之一波长。影响耦合系数C的参数
基于ADS的宽带定向耦合器的设计与仿真
作者简介:王利斌(1982-),男,山西太原人,硕士研究生,工程师,从事机载无线通信设备设计与开发工作,主要研究方向为射频功放设计与无源射频电路设计。
基于ADS 的宽带定向耦合器的设计与仿真Design and Simulation of BroadBand Directional Coupler Based on ADS王利斌(中国西南电子技术研究所,四川成都610036)Wang Li-bin (Southwest China Institute of Electronic Technology,Sichuan Chengdu 610036)摘要：该文简单阐述了定向耦合器的工作原理，通过对比分析微带线耦合器和带状线耦合器。
通过使用Keysight 公司的ADS 仿真软件，设计一款采用LCR 补偿方案可以兼顾平坦度和方向性的带状线双定向耦合器，最后给出该耦合器的实际电路模型和满足设计预期的仿真数据。
关键词:定向耦合器；LCR 补偿方案；带状线中图分类号：TN622文献标识码：A文章编号：1003-0107(2019)09-0038-06Abstract:This paper briefly describes the working principle of directional coupler,and analyzes microstrip-line coupler and stripline coupler.By using Keysight's ADS simulation sofware,a LCR compensation is designed which the scheme can give consideration to both flatness and directional of the stripline bi-directional coupler.Finally,the actual circuit model of the coupler and the simulation result satisfiying the design expectation are given.Key words:directional coupler;LCR compensation;stripline CLC number:TN622Document code:AArticle ID ：1003-0107(2019)09-0038-060引言定向耦合器的基本工作原理同和微带功率分配器一样[1]，同时有四个端口，分别是输入端、耦合端、直通端和隔离端。
ADS实验教程RFCD功分与耦合4
Ai = A - Ad
A是实际测量值.Ad在其它端口接匹配负载,主路到某一支路的实际损耗. 是实际测量值. 在其它端口接匹配负载,主路到某一支路的实际损耗. 是实际测量值 功分器的各支路间应有足够的隔离度.在其它各口都匹配时, 口和 口和j口的隔 隔离度 功分器的各支路间应有足够的隔离度.在其它各口都匹配时,i口和 口的隔 离度定义为
j 2 Vs 4
对于奇模激励,模型可简化如右图, 对于奇模激励,模型可简化如右图,此时
V1o = 0
V2o = Vs / 4
功率分配器
Wilkinson等功分器分析 等功分器分析
V1 V1e + V1o j S12 = = e V2 V2 + V2o 2
分布参数功分器
在端口1 和端口2的总电压由偶模和奇模的电压相加 得到S 的总电压由偶模和奇模的电压相加, 在端口 和端口 的总电压由偶模和奇模的电压相加,得到 12参量为
Wilkinson等分功分器 等分功分器
Wilkinson等分功分器 参量求解模型 等分功分器S参量求解模型 等分功分器
功率分配器
Wilkinson等功分器分析 等功分器分析
分布参数功分器
经过上述处理后,端口 激励时模型的响应可以看作是在端口 激励时模型的响应可以看作是在端口23分别加偶模 经过上述处理后,端口2激励时模型的响应可以看作是在端口 分别加偶模 激励及奇模激励时两个模型响应之和. 激励及奇模激励时两个模型响应之和.
1 Z1 = 2
(
2Z 0 Z0
)
= Z0
故端口1是匹配的, 故端口 是匹配的,即S11=0 是匹配的 所以, 等功分器的S参量矩阵为 所以,Wilkinson等功分器的 参量矩阵为 等功分器的
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本科毕业论文（设计、创作）题目：基于ADS的定向耦合器的设计学生姓名：张振华学号： 110102044 所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术入学时间： 2011 年 9 月导师姓名：杨斌职称/学位：讲师/学士导师所在单位：安徽三联学院完成时间： 2015 年 6 月安徽三联学院教务处制基于ADS的定向耦合器的设计摘要：在20世纪50年代初，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论。
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。
定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。
定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。
本设计主要利用ADS2011软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。
关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波Design of directional coupler based on ADS Abstract: In twentieth Century the beginning of the 50's, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theory. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveguide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power distribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microstrip branch directional coupler, completes the schematic and layout.Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave目录第一章绪论 (1)1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 (1)1.2 ADS简介 (2)1.2.1 ADS的特点 (2)1.2.2 ADS的设计方法 (2)1.3 定向耦合概念及分类 (3)1.3.1概念 (3)1.3.2分类 (4)1.3.3 主要技术指标 (6)第二章工作原理 (8)2.1 传输线理论 (8)2.2 输入阻抗 (9)2.3 特性及测量 (10)2.3.1网络特性 (10)2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量） (11)2.4 定向耦合器的用途 (11)第三章微带分支电路的分析与设计..................... 错误!未定义书签。
3.1 分支线耦合器 (13)3.2 分支线耦合器的奇、偶模分析 (13)第四章设计过程 (17)4.1 建立工程 (17)4.2 原理图的设计 (18)4.3微带线参数的设置 (19)4.4 VAR控件的设置 (20)4.5 S参数仿真设计 (20)4.6 参数的优化 (22)4.7分支线耦合器版图的生成 (23)第五章总结与展望 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第一章绪论1.1 微波技术产生的背景及发展趋势微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。
微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。
随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。
定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。
Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。
带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。
传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。
而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。
同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。
因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。
这将有助于提高微波集成电路的集成度。
然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。
为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。
1.2 ADS简介ADS是安捷伦公司电子设计自动化部门（Agilent EEs of EDA)研发的高频混合信号电子设计软件，它能实现系统、电路、全三维电磁场仿真，并且可以和其他仿真软件及安捷伦测试仪器进行连接仿真验证，是工业界为数不多支持在高频高速应用中通过集成电路、封装和电路板进行协同设计仿真平台，可以使设计者在繁杂的系统、电路中快速完成电子设计并通过测试。
例如，设计指南可以自动完成滤波器和多级匹配网络的综合，将设计时间从以往的几小时缩短到现在的几分钟。
使用ADS仿真软件，设计者还可以添加其他电路、系统和电测仿真组件，完成更具挑战性的设计。
1.2.1 ADS的特点ADS是射频，模拟电路设计者建立设计和仿真的起点，它包括了以下许多功能强大的设计仿真特点。
项目设计环境：可输入原理图，进行电路、系统仿真，并对设计项目进行管理。
线性仿真器：频域电路仿真器，用于进行s参数、直流和交流小信号仿真。
射频系统仿真器：使用精细的模块级模块对整个射频系统进行建模。
B类优化器：可对设计进行优化，实现最佳的产品性能。
滤波器设计指南：合成和分析集总滤波器何分布式滤波器的模型和设计方法。
无缘滤波器设计指南：综合了匹配网络和无源电路的设计功能。
连接管理器：用于与安捷伦测试仪器进行双向数据传输。
RE IP编码器：生成非常详细且安全的ADS设计电路模型，并可以与其他设计者进行分享。
1.2.2 ADS的设计方法运用ADS软件，电路设计者可以进行模拟、射频、微波等电路或系统的设计与仿真，其设计方法主要包括直流分析、交流小信号分析、S参数分析、谐波分析、瞬态分析、包络分析几个大类。
1.直流分析：直流分析是ADS软件的核心分析功能之一，通常在瞬态、交流小信号仿真之前都要自动进行直流分析。
直流分析也可以单独进行或对参数变量进行扫描，打印出电路的节点电压、支路电流及直流工作点等。
2.交流小信号分析：交流小信号分析是ADS另一项重要功能，它可计算电路在某一频率范围内的频率响应。
交流小信号分析先计算出电流的直流工作点，再计算出电路中所有非线性元件的等效小信号电路，进而借助这些线性化的小信号等效电路在某一频率中进行频率响应分析。
该仿真的主要目的是要得到电路指定输出端点的幅度或相位变化。
因此，交流仿真的输出变量带有正弦波。
3.s参数的分析：当射频和微波电路在小信号输入状态工作时，可认为该电路是一个线性网络。
我们一般将其视为一个端口网络，s参数便是对这个线性网络最有利力的分析工具，它在直流工作点上将电路线性化，然后执行仿真，分析该网络的s参数、线性噪声参数、传输阻抗及传输导纳等。
4.谐波分析：先进设计系统中的谐波平衡仿真器是对谐波算法最有利的实施，适用于市场上的飞线性电路和系统仿真，其功能包括：次数不限的多音频域非线性仿真何优化；相位噪声分析；负载和信号源牵引分析；在稳定激励期间进行X参数、非线性模型仿真；功率放大器设置指南，对常见的放大器拓扑进行合成、设计和仿真；混频器设计指南，对常见的混频器推普进行合成、设计和仿真；振荡器设计指南，对常见的振荡器拓扑进行合成、设计和仿真；模拟模型开发套件可用于开发自定义的非线性特性模型。