基于ADS的定向耦合器的设计讲解
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。
定向耦合器的原理与应用
定向耦合器的原理与应用下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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
ADS设计定向耦合器讲解
<<ADS>>课程设计——分支线耦合器目录1概述 (1)1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 (1)1.2 微波电路仿真软件ADS简介 (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)2工作原理 (7)2.1 传输线理论 (7)2.2 输入阻抗 (8)2.3 特性及测量 (9)2.3.1网络特性 (9)2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量） (10)2.4 定向耦合器的用途 (11)3.微带分支电路的分析与设计 (12)3.1 分支线耦合器 (12)3.2 分支线耦合器的奇偶模分析 (13)4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)5.总结与展望 (25)1概述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。
应用ADS设计混频器讲解
应用ADS 设计混频器1． 概述图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB 分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，1到3、4端口以及从2到3、4端口都是功率平分而相位差90°。
图1设射频信号和本振分别从隔离臂1、2端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。
通过定向耦合器，加到D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 )2cos(1πω-=t V v s s s 1-1)cos(1πω-=t V v L L L 1-2D2上电压)cos(2t V v s s s ω= 1-3)2cos(2πω+=t V v L L L 1-4可见，信号和本振都分别以2π相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为2π型平衡混频器。
由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：∑∑∞-∞=∞-+-=m n L s m n t jn t jm I t i ,,1)]()2(exp[)(πωπω同样，D2式中的混频器的电流为：∑∑∞-∞=∞++=m n L s m n t jn t jm I t i ,,2)]2()(exp[)(πωω当1,1±=±=n m 时，利用1,11,1-++-=I I 的关系，可以求出中频电流为：]2)cos[(41,1πωω+-=+-t I i L s IF主要的技术指标有：1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数)；2、变频增益，中频输出和射频输入的比较；3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围；4、双频三阶交调与线性度；5、工作频率；6、隔离度；7、本振功率与工作点。
设计目标：射频：3.6 GHz ，本振：3.8 GHz ，噪音：<15。
2.具体设计过程2.1创建一个新项目◇ 启动ADS◇ 选择Main windows◇ 菜单－File －New Project ，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 ◇ 点击“ok ”这样就创建了一个新项目。
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]。
微波电路设计_平行线耦合器设计报告
微波电路设计报告[宽带微带定向耦合器的设计]组长：组员：摘要阐述了平行耦合线定向耦合器的工作原理和设计过程。
根据耦合微带线的主要特征，设计了频率范围为2~4GHz的平行耦合微带线定向耦合器。
根据给定耦合器的技术指标，确定耦合器的类型、结构。
利用ADS、HFSS软件环境设计了平行耦合线定向耦合器的电路模型，并对定向耦合器的S参数进行仿真、优化，已达到预期的设计要求。
关键词：ADS;HFSS;耦合线；定向耦合器；耦合微带线引言微带传输线是最近几年发展起来的一类微波传输线，具有小型、重量轻、频率轻、可集成化、便于与微波集成电路相连接等优点，因此，对于微波集成电路来说是一种非常重要的传输手段。
平行耦合线定向耦合器是在微波集成电路中被应用广泛的反向定向耦合器。
这种平行耦合线定向耦合器通常用带状线或者微带线来实现。
本次设计使用微带线来进行设计。
设计指标要求：1、频率范围：2~4GHz2、耦合度：20±1dB3、插损≤1dB4、隔离度≥20dB5、幅度不平度≤1dB6、相位不平度≤3°7、驻波≤1.5平行耦合线定向耦合器的设计原理如图1所示，它由等宽的耦合线段组成，其耦合线的长度是中心波长的1/4，各个等宽均接匹配负载。
当信号从端口①输入时，出来向端口②传输外，通过两线之间的电磁耦合，还会向端口③和④传输。
由于电场耦合在副线中向端口③和④反向产生的电压是等幅同相的，而磁场耦合在副线中向端口③和④反向产生的电压时等幅反相的，因此，副线中端口③处的电压是同相叠加而又信号输出，而副线中端口④处的电压时反向而抵消的。
在理想情况下，端口④无输出，可达到理想隔离。
端口②和③的输出信号相位差为90度。
平行耦合线定向耦合器的电路原理1、平行耦合微带线定向耦合器的结构如图所示：2、对电路进行优化后：设计步骤1）确定基片参数（FR-4，介电常数为4.6，厚度0.8mm,铜箔厚度0.018mm）2）计算出定向耦合器的初始尺寸。
定向耦合器基础知识
5工作带宽
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。
1 S11
1 S11
三 各种耦合器件
• 图4-19中依序为波导窄壁孔耦合定向耦合 器、正交波导宽壁十字孔耦合定向耦合器、 耦合带状线定向耦合器及微带线分支定向 耦合器。
四 波导窄壁双孔耦合定向耦合器
• 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。
多孔定向耦合器原理
• 多个耦合小孔将会在副波导中激励出多个 向隔离端传输的有不同相位差的波，它们 可在多个频率上叠加抵消（这里所说抵消 只能说是减弱，而一般不可能为零），这 样隔离端的输出功率虽然不为零，但可在 一较宽的频率范围内为很小值，从而实现 了带宽展宽。
• 对于尺寸远小于工作波长的小孔，可看作是小 孔位置处辐射电偶极子与磁偶极子的组合，而 其偶极矩则分别与入射波在小孔位置处的法向 电场与切向磁场成正比。
• 这样可以用一耦合系数来表示小孔的耦合强度。
副波导中的耦合波
A3 Ce jl C e jl 2C e jl
A4 C Ce j2l 2C cosle jl
• 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。
• 定向耦合器是四端口网络, 端口“①”为输 入端, 端口“②”为直通输出端, 端口“③” 为耦合输出端, 端口“④”为隔离端。
P1 ① ④
P4
耦合 装置
P2 ② ③
P3
定向耦合器的原理图
二 性能指标
• 描述定向耦合器的性能指标有: 耦合度、 隔离度、 定向度、输入驻波比和工作带宽。
• 端口①输入波行进至小孔a处，耦合至副波导中的 波以 表示向端口③传输的部分，以 表示向端口④ 传输的部分， 为耦合系数。输入波行进至小孔b处 依然向副波导耦合，分为向端口③的 和向端口④ 的 两部分。假定输入波经过小孔a、b后幅值不变 （弱耦合）。
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”。
定向耦合器的研究分析
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。
一种双端口定向耦合器的设计
一种双端口定向耦合器的设计摘要：利用微波软件模拟生成Wilkinson双端口定向耦合器微带板，按照工作原理把相关的阻容器件标贴在微带板上。
耦合器工作频率为0.5～3.5 GHz；传输损耗＜0.3dB；端口驻波比＜1.3；两个耦合端口：一个端口耦合输出低频控制信号，另一个端口输出射频微波信号，用来检测组件的工作状态，可以改善组件的测试功能。
关键词：定向、Wilkinson、驻波比、耦合器1．引言本文主要阐述：一种双端口定向耦合器设计，同时该耦合器具有较宽工作带宽、具有双输出端口，其中一个端口输出低频控制信号用来检测组件的工作及故障类型、另一个端口输出射频信号，用来检测组件的工作状态等功能。
耦合器设计成无源器件具备功能多、用途广、质量可靠等优点。
2．双端口定向耦合器的研制双端口定向耦合器的研制主要分为以下几个过程：定向耦合器的指标设计、利用ADS 软件模拟生成Wilkinson 结构双端口定向耦合器微带板，性能指标仿真测试等几个步骤；同时该型耦合器可以根据产品的需要制作窄带定向耦合器，窄带耦合器的耦合度平坦度、驻波等电讯指标会更好。
2.1双端口定向耦合器的指标双端口定向耦合器工作频率为0.5～3.5 GHz；传输损耗＜0.3dB；端口驻波比＜1.3；主微带的功率容量不小于2KW。
两个耦合端口：一个端口耦合出低频控制信号（0.4-0.8V低频控制信号），另一个端口输出微波信号，用来检测组件的工作状态，可以大大改善组件的测试功能。
2.2双端口定向耦合器Wilkinson结构微带板设计通过ADS 微波软件的快速仿真和HFSS 软件模拟生产指标参数及微带结构图，本方案匹配阻抗为50欧姆，工作带宽为0.5-3.5GHz（在一些测试精度要求比较高的产品上使用窄带双端口定向耦合器设计，这种耦合器的耦合度起伏小测试精度会有所提高）仿真图见图一图二：对微波软件生产的微带参数图进行二次设计和工程优化，双端口定向耦合器的微带线如下见图三、图四：采用电磁仿真软件对微带线定向耦合器进行了仿真。
《定向耦合器》PPT课件
归一化转移参量
[ Ao
]
Ao Co
Bo
Do
a2 R b
j b R
j R (b a1a2 b) a1 b R
17
第六章 定向耦合器
Ae Ao , Be Bo , Ce Co , De Do 奇偶模网络参量关系
Ur1o
(1) 匹配特性：在理想情况下，它的四个端口是完全匹配的，只要1和2
端口能调到匹配，3和4端口一定匹配，即S11=S22=S33=S44=0 ；
(2) 隔离特性：当3和4端口具有隔离特性时，即S34=S43=0，则1和2端口 也具有隔离特性，即S12=S21=0；
(3) 平分特性：当信号由3端口输入时，则同相等分给1和2端口，即S13
Ur3
R
( Ae
Be )
R2ba2 jbR 1 a22R2
Ur3
2
R2b2 1 a22R2
R 10C
10
R2b2 1 a22R2
.....................................(2)
19
第六章 定向耦合器Biblioteka 联立得a1
10C
10
1
路的路程差为p0/2，即相位差为，故两路信号在D点相抵消，使4端口
无输出。 （二)双分支定向耦合器的特性分析 1.前提条件：仅从1口输入电压，设Ui1＝1v，其他各口均接匹配负载
14
第六章 定向耦合器
2.奇偶模等效法分析设计有关参数
U i1
1
1 2
1 2
定向耦合器ppt课件
④
③
图 6-6平行线型耦合器
i1 1
Cm
ic 4
ic 3
4
iL
2
3
图6-7 耦合线方向性的解释
29
同时由于i1的交变磁场的作用,在线4—3 上感应有电流iL。 根据电磁感应定律,感应电流iL的方向与i1 的方向相反, 所以能量从1口输入, 耦合口就是 4口。而在3口因为电耦合电流的ic3与磁耦合电 流iL的相位相反而叠加抵消,故3口是隔离口。
j1
jБайду номын сангаас
/
20
j1
1 j
j
1
e
A A
BC BC
D D
0
2
1
Te A B C D
(1 j) 2
19
对于奇模，
AB
CD
o
4
图 6-5分支线耦合器
13
如果分支线耦合器的各个端口接匹配负载, 信号从1口输入,4口没有输出,为隔离端,2口和3 口的相位差为90°,功率大小由主线和支线的阻 抗决定。
6.3.2 分支线型定向耦合器设计
设计步骤: 步骤一: 确定耦合系数C(dB)、 各端口的 特性阻抗Z0（Ω）、中心频率fc、基板参数 14
(C
Z0e Z0o Z0e Z0o
S14 )
步骤三: 依据基板参数（εr, h）,利 用软件ADS计算微带耦合线的宽度及间距（W, S）和四分之一波长的长度（P）。 步骤四: 利用模拟软件检验,再微调。
32
6.4.3 平行耦合线耦合器设计实例
设计一个工作频率为750 MHz的10dB平
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。
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 (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。
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。