3dB定向耦合器的仿真设计与应用
定向耦合器的原理与应用
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3db定向耦合器原理
3db定向耦合器原理引言3db定向耦合器是一种常见的微波器件，广泛应用于无线通信、雷达系统和微波电路中。
本文将介绍3db定向耦合器的原理及其在实际应用中的作用。
一、3db定向耦合器的基本原理3db定向耦合器是一种四端口器件，由两个耦合器和两个耦合器之间的传输线构成。
其基本原理是利用微波信号在传输线上的传播特性，实现耦合和分离的功能。
1.1 耦合和分离耦合器是一种能够将输入信号分为两个输出的器件，其中一个输出端口为主输出端口，另一个为耦合输出端口。
耦合输出端口输出的信号是从主输出端口输入信号中耦合出来的一部分。
耦合器的耦合度决定了主输出端口和耦合输出端口之间的功率分配比例。
1.2 传输线的特性传输线上的电磁波在传播过程中会发生反射和透射，这取决于传输线的特性阻抗和长度。
当传输线的特性阻抗等于负载的阻抗时，传输线上的信号将完全传输到负载上；当传输线的特性阻抗不等于负载的阻抗时，部分信号将被反射回来。
二、3db定向耦合器的工作原理3db定向耦合器是通过将两个耦合器和两个传输线相互耦合连接而成的。
其工作原理如下：2.1 信号的耦合和分离当输入信号通过传输线进入耦合器时，一部分信号将从主输出端口输出，另一部分信号将从耦合输出端口输出。
耦合输出端口输出的信号是通过传输线之间的耦合实现的。
在理想情况下，耦合输出端口输出的功率占输入功率的一半，即耦合度为3dB。
2.2 信号的相位差由于两个传输线之间存在一定的相位差，导致从主输出端口输出的信号和耦合输出端口输出的信号之间存在相位差。
这个相位差可以通过调整传输线的长度来实现。
2.3 信号的分离通过调整传输线的长度，可以使主输出端口和耦合输出端口之间的信号达到90度的相位差，从而实现信号的分离。
2.4 功率的分配3db定向耦合器在主输出端口和耦合输出端口之间实现了功率的分配，主输出端口输出的功率为输入功率的一半，耦合输出端口输出的功率也为输入功率的一半。
三、3db定向耦合器的应用3db定向耦合器广泛应用于微波电路和射频系统中，常见的应用包括：3.1 功率分配由于3db定向耦合器可以将输入功率分配到主输出端口和耦合输出端口，因此可以用于实现功率的分配和控制。
Ka波段3dB定向耦合器的设计与仿真
Ka波段3dB定向耦合器的设计与仿真摘要：定向耦合器广泛地用在现代微波系统中，文中介绍了两种应用在平衡式放大器中的3dB定向耦合器。
首先对微带分支线耦合器与波导耦合器进行了理论分析，然后利用电磁仿真软件HFSS，对两种耦合器进行了建模仿真、仿真结果验证了这两种定向耦合器的可实现性，最后比较了两种耦合器的性能，并且总结了各自的特点。
关键词：Ka波段；定向耦合器；分支线耦合器；波导耦合器1 引言在微波通信系统中定向耦合器是一种用途广泛的微波器件，比如可以用在在信号发生器中的功率临视装置，以及接收机中的混频器。
另外，自动增益控制、平衡式放大器、反射计以及调相器和微波阻抗电桥等测量仪器也要用到定向耦合器。
构成定向耦合器的结构有波导、微带线、带状线、同轴线等。
因此，定向耦合器的种类很多，但是不同种类的定向耦合器差异很大。
平衡式放大器的稳定性很好，输入输出驻波也很低，而且由于良好的低噪声特性，平衡结构的放大器在微波波段的低噪声放大器中被普遍采用。
因此对于平衡式放大器中定向耦合器的研究就具有很高的现实意义。
本文对微带分支线耦合器和波导E面耦合器做了理论分析，然后利用电磁仿真软件进行了建模仿真，通过对仿真结果做了比较，最后得出结论。
2 耦合器的分析与设计(1)主要设计指标工作频带：29GHz～31GHz同波损耗：≤-20dB输出端口幅度不平衡度：≤1 dB输出端口隔离度：≤-20dB(2)分支线耦合器的分析与仿真如图1所示，分支线定向耦合器有主线、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频率工作波长的。
设主线入口线1的特性阻抗为Z1=Z0，主线出口线2的特性阻抗Z2=Z0k(k为阻抗变换比)，副线隔离端4的特性阻抗为Z4=Z0，副线耦合端3的特性阻抗为Z3=Z0k，平行连接线的特性阻抗为ZOP，两个分支线特性阻抗分别为Zt1和Zt2。
假设输入电压信号从端口1经A点输入，则达到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。
3分贝定向耦合器的原理及其应用
中图分类号 :TN948.12 文献标识码 :B 文章编号 :1007 -7022(2010)02 -0207 -02
· 经验点滴 ·
3分贝定向耦合器的原理及其应用
◆蒋 琦 1 , 罗正明2
(1.贵州省广播电视局 794台 , 贵州 六枝特区 553400;2.贵州省广播电视局 761台 , 贵州 贵阳 550002)
图 3 定向耦合器原理图
中便会耦合有能量 , 此能量 是既通过电场 (以耦合电
容 CM表示 )又通过 磁场 (以耦合 电感表 示 )耦合 过 来的 。
假设主线上电压为 V1 , 则电压 V1 通过耦合电容 CM 产生一流入副线 2 ～ 3 的位移电流为 ic2 和 ic3 。 同 时由于 i1 交变磁场的作用在 2 ～ 3线中感应有电流 iL, 根据电磁感应定律 , iL产生的磁通应阻止 i1 产生的磁 通量的变化 , 所以 iL 与 i1 方向相反 , 如图 3 所示 。 由 图 3可以看出 :能量由 1端输入 , 因电耦合电流 ic2和磁 耦合电流 iL作用相同 , 所以 2 端有输出 , 而在 3 端因
图 2 定向耦合器内部结构图 定向耦合器为什么会有方向性呢 ? 假设是横电磁 波系统 , 则我们可以用耦合波原理来定性地加以解释 。 要具有方向性 , 必须要有两种以上的耦合因素起作用 , 使耦合到副线某口的能量能够互相抵消 , 现在我们取 图 2中一小段平行线加以分析 , 如图 3(没画出接地面 金属外框 )所示 。 当导线 1 ～ 4中有交变电流 i1 流过 时 , 由于副线 2 ～ 3和主线 1 ～ 4互相靠近 , 故 2 ～ 3线
D=10 lgP P23 式中 P2 为端口 2的功率 , P3 为端口 3的功率 。 D 越大说明定向性越好 , 或者说输入端口与隔离端口隔 离越好 。理想情况下 , P3※0, D※∞, 实用中常对通带 内 D提出要求 。 (3)输出平衡度 当 l端口输入 , 2、4端口输出时 , 理论上讲 , 1端口 电压分别与 2、4 端口电 压之比 , 用分贝 表示即 20 lg (E1 /E2 )和 20 lg(E1 /E4 )都应等于 3 dB, 但实际中总 有一定误差 , 一般要求通带内 2、4 端最大功率偏差 ≤ 0.5 dB。 4 定向耦合器的工作过程和基本原理 图 2是内导体等于 1/4波长 、耦合度为 3 dB时的 定向耦合器 , 它的工作过程是 :当各端接匹配负载时 , 若 1端加信号 , 则 2、4 端有输出 , 在理想情况 下 , 2、4 端为等值信号输出 , 而 3 端输出为零 。如果从 2端加 入信号 , 则 1、3端有等值信号输出 , 4端没输出 , 依次 类推 , 3端或 4端加入信号也有类似结果 。除此之外 , 每个输入端均有较宽的带宽 , 若多个 1/4波长的耦合 器相级联 , 可以得到带宽更宽的定向耦合器 。
3dB定向耦合器及其在调频广播中的应用
3dB定向耦合器及其在调频广播中的应用张文波【摘要】In this paper, the principle and structure of 3 dB directional coupler are qualitatively analyzed. The current function, main performance index and technical parameters of 3 dB directional coupler are introduced. The application of 3 dB directional coupler for all solid state FM broadcasting transmitter is described. The wild application and diversity of 3 dB directional coupler are illustrated. The method provided a reference for design of 3 dB directional coupler in RF circuits.%定性地对3 dB定向耦合器原理及结构特性进行说明分析；介绍了3 dB定向耦合器现行功用、主要性能指标参数.通过3 dB定向耦合器在全固态调频广播发射机中的应用介绍,说明3 dB定向耦合器在使用性能上的多元化以及应用的广泛化,为3 dB定向耦合器在射频电路设计思路上提供一些借鉴.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)011【总页数】3页(P105-107)【关键词】3dB定向耦合器;耦合度;隔离度;调频发射【作者】张文波【作者单位】辽宁省广播电视传输发射中心033台,辽宁沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TN622-340 引言在微波、雷达、广播电视、通信系统中，经常会遇到需要耦合射频功率的问题，定向耦合器就是一种具有方向性的功率分配器，它能从主传输线系统的正向波中按一定比例分出一部分功率，实现功率的分支、分配或反向合成。
S波段宽带3dB定向耦合器的设计
明耦合 到副通 道 的能 量越少 ， 耦合越 弱 。
１ ２ 定 向性 系 数 ．
图 ２ 平 行 耦 合 线 定 向 耦 合 器 的耦 合 机 理
当导 带条 １ ４中有 电流 ｉ 流 过 时 ， ～ 由于 ２ — ３ 与１ 线 —４靠近 ， ２ 故 —３线 中会 耦 合有 能 量 ， 此
要 设计 宽带 定 向耦合 器就 需要用 １ ４波长 等 ／ 效 阶梯 阻抗 滤 波器 的最 优 等 波纹 多 项 式 ， 即切 比 雪 夫多 项式 ［ 。综 合 出来 的结果 还需要 进行 软 件 １ ］
的仿 真分 析 ， 化 设计 ， 终 得 出加工 电路 ， 优 最 然后
生 产实 物 。
向耦 合器 的设计 。
０ 引 言
定 向耦合 器是 一种 广泛 应用 于微 波 系统 中的 微波 器件 ， 例如 在矢 量 网络分 析仪 、 波接 收机 中 微 的混频 器 、 微波 功 率 放 大器 等 都 要 应 用 定 向耦 合 器 。近年来 ， 随着 耦合 器 的广 泛应 用 ， 其带 宽 的 对 要 求也 越来 越高 ， 此 宽带 的设 计 就 显 得 非 常 重 因
能量 时既通过 电场 又通过磁 场耦合 而来 的 。通过 在 理想 的情 况 下 ， 通道 中一个 端 口有 输 出 副
时 ， 一个相 反 端 口应 没 有输 出 。但 实 际上 由于 另
设计 或结构 不佳 ， 另一 端 口常 有 一些 输 出。用 此
Ｃ 的耦合 ， 在传 输 线 ２ ３中耦合 而得 的 电流 为 — ｉ 及 ｉ ， 同时通 过耦 合 电感 耦 合 到 ２ ３中的 感 。 — 应 电流 ｉ 的方 向与 ｉ 反 。 由此 可 见 ， 辅 线 相 在 ２ —３中由于 电耦 合 电流 ｉ 和磁耦 合 电流 ｉ 在 ２ 口叠 加 ， 而在 ３口是 互相抵 消 的 ， 故而 ２口是耦 合
E面波导3dB耦合器的设计
２ 仿 真 结果 和 分 析
根 据项 目需要 ， 文 设 计 的定 向耦合 器 的 指标 本 如 表 １ 示 ， 要求 从端 口 １输 入 ， 口 ３和端 口 ４ 所 且 端
囤 二 Ｑ ！
通 过 以上 测试 结 果 可 以看 出 ， 多 数 指标 均 达 大 到或超 过设计 要求 。遗憾 的是 Ｓ 特 性有 点差 ， 因 原
中 图分 类 号 ： Ｎ ２ Ｔ ６２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ２ ８ ３ （ ０ １ Ｏ —０ ４ — ０ １ ０ － ９ ５ ２ １ ）２ ０ ０ ３
在无线 电发送 设 备 中 ， 了保 证 足够 远 的传输 为
均能 等功率 输 出 。
距离 ， 待传 输信号 需要 经过 功率放 大 、 功率合 成直 至
料制作 腔体 ， 在 内部镀 银 ， 项指标 一定 可 以得到 并 此 很大改 善 。
［ ］ＸｅＸａ ｑ ｎ ， ｈ ｏＣ ｅ ｇ ｉ Ｄｉ ｉ Ａ Ｍｉｉ ｔｒ ４ ｉ ｉ ｉ ｇ Ｚ ａ ｈｎ ｘ， ａ Ｒｕ ｏａ ｏ ． ｌｍｅｅ－ ｌ
输 入和输 出要 求 ， 一般 的结 构进行 了改进 ， 各个 对 将 端 口弯 曲 ， 然后 通过 波导 同轴转 换 ， 实现信 号 的输入
和输 出 ， 图 ２所 示 ， 了加 强 耦 合 ， 针是 经 过 改 如 为 探 进 的 ， 端被 做成 圆盘状 ， 顶 图中波导 型号 为 Ｂ １ ０ Ｊ０ 。
空 电 子技 术 ，０ ９ （ ） ６ — ６ ． ２ ０ ，１ ： １ ３
［ ］李军 ， 宝 富 ．腔 体 滤 波 器 调 试 技 术研 究 ｉ］ 空 电 子 ３ 贾 － ．真 Ｊ
技术 ， ０ ９ （ ） ９ ｌ ． ２ ０ ，２ ： 一 ２
高功率三阶3dB介质定向耦合器的分析与设计
。年 ， 第 。 第 卷
第 期
３ １
ｌａｔ＆ ａｐｉ ｔ 器件与应用
图 ６中直通 强于耦 合 ， 二者并 未平 衡 ， 反射 和隔 离
达到 了 １ Ｂ以下 ， 合器 开始进入谐 振状 态 。在 此基 ０ｄ 耦 础上 ， ６～ ６ 对 １ ６ 进行微调 ， 并对 ｄ ｈ ， 和 进行 相应调节 ，
【 ｓ ａｔ ｃｏｄｎ ｏｔｅ ｏ ｅ ｔ ｎ ｐｉｃ ｌ ａｄ ｒｑ ｉ ｍ ｎｓｏ ｄｒｃ ｏａ ｃｕ ｌｒ ｈｒ－ｒｅ Ｂ ｄ ｅｔ ｎｌｃｕｌｒ Ａｂｔ ｃ 】Ａ ｃｒｉｇ ｔ ｈ ｐｒ ｉ ｒ ｉ ｅ ｎ ｅｕｒ ｅ ｔ ｆ ｉ ｔ ｎｌ ｏ ｐｅｓ ｔｉ ｏｄｒ３ ｄ ｉ ｃｉ ａ ｏｐｅ ｒ ａｏ ｎｐ ｅ ｅｉ ，ａ ｄ ｒ ｏ
耦合度响应 。
．
６０
频 率， ｚ ＭＨ
２ 高功率三阶３ｄ 介质耦合器 的设计与 Ｂ 测 试
如 图３ 和图４ 示 ， 所 这是一个无介质 的三阶定向耦合 器 ， 阶长度相等 ， 三 均为 ７ 。中间节 上下板之 间空气 ６ｍｍ
图５ 无 介 质 三 阶 ３ｄ Ｂ定 向耦 合 器 的 Ｓ 数 曲线 １ 参
耦合端 口２ 和直通端 口４的总电压为
： ～ ＋
图３ 无 介 质 三 节 ３ｄ Ｂ定 向耦 合器 尺 寸 图
√ 一 ｌ Ｏ０ ｊｉ０ １ ｋ ＣＳ ＋ ｎ ｓ
一— 。 ＋
√ 一ｊ ＣＳ ＋ ｎ １ ． Ｏ０ ｊｉ０ ｝ ２ ｓ
一
—
ｚ ｊ
（０ １）
√ 一３ ｏ ＋ ｎ １ ｓ ｊｉ０ ｃ ｓ
ｗ ｔ ａｒ ｓ ｏ ｐ ｉ ｇ ｉ ｈ ｉ ａ ｃ ｕ ｌ ｍｅ ｉ ｍ ｓ ｎ ｌｚ ｄ ｎ ｄ ｓ ｎ ｄ ｉ ｔ ｅ ｓ ｇ ｏ ＨＦ Ｓ Ｏｎ ｈ ｓ ａ ｉ， ｕ ｉ ｇ ｃ ｒ ｍｉ ｓ ｈ ｐ ｓ ｎ ｄ ｕ ｉ ａ ａｙ ｅ ａ ｄ ｅ ｉ ｅ ｗ ｔ ｈ ｕ ａ ｅ ｆ ｇ ｈ Ｓ． ｔ ｉ ｂ ｓｓ ｓｎ ａ ｅ ａ ｃ ｃ ｉ ａ ｃ ｕ ｌｎ ｍｅ ｉ ｍ．ａ ｈ ｇ — ｏ ｅ ｈ ｒ — ｒ ｅ ３ Ｂ ｉｅ ｔ ｎ ｌ ｏ ｐ ｅ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ ｎ ｄ ｓｇ ｅ ．Ｔ ｉ ｅ ａ ｃ ｃ ｎ ｉ ｓ ｏ ￣ ３ ｏ ｐｉｇ ｄｕ ｉｈ ｐ ｗ ｒ ｔ ｉｄ ｏ ｄ ｒ ｄ ｄ ｒ ｃｉ ａ ｃ ｕ ｌ ｒ ｉ ｏ ａ ａ ｙ ｅ ａ ｄ ｅ ｉｎ ｄ ｈ ｓ ｒ ｍｉ ｓ ｏ ｓｓ ｆ Ａｌ ． ｃ ｔ Ｏ Ｏｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｓ ｆ ｅ ｏ ｇ ａ ｄ ｄ ｈ ｈ ｅ ａ ｃ ｈ ｐ ｃ ｎ ｉ ｒ ｖ ｈ ａ ａ ｉ ｔ ｆ ｖ ｌ ｇ ｒ ｓｓ ｎ ｅ ｆ ｔ ｅ ｃ ｕ ｌ ｒ ｎ ｈ ｈ ｒ ｍｉｅ ｏ ｎ ｕ ｈ ｂ ｎ ｗｉ ｔ ，ｔｅ ｃ ｒ ｍｉ ｓ ｃ ｉ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｃ ｐ ｂ ｌ ｙ ｏ ｏｔ ｅ ｅ ｉｔ ｃ ｏ ｈ ｏ ｐ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ａ ａ ｈ ｇ — ｏ ｒ ｃ ｕ ｌ ｇ ｉ ａ ｈ ｅ ｅ ．Ｔ ｉ ｏ ｐ ｅ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｈ ｇ － ｏ ｒ ｂ ｏ ｄ ａ ｔ ｇ ｔａ ｓ ｔ ｒ ｓ ｓ ｍ． ｉｈ ｐ ｗｅ ｏ ｐ ｉ ｓ ｃ ｉ ｖ ｄ ｈ ｓ ｃ ｕ ｌ ｒ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｉ ｈ ｉ ｈ ｐ ｗｅ ｒ ａ ｃ ｓｉ ｒ ｎ ｍｉ ｅ ｙ ｔ ｎ ｎ ｔ ｅ
基于dgs的超宽带3db定向耦合器的仿真设计
12.50
15.00
Freq [GHz]
Y1
XY Plot 2
daiduankou-3DGS ANSOFT
2.80
Curve Info
VSWR(1)
2.60
Setup1 : Sw eep
VSWR(2)
Setup1 : Sw eep
2.40
VSWR(3)
Setup1 : Sw eep
2.20
VSWR(4)
Curve Info
dB(S(2,1)) Setup1 : Sw eep
dB(S(3,1)) Setup1 : Sw eep
Y1 Y1
-37.50 0.00
17.50 15.00 12.50 10.00
7.50 5.00 2.50 0.00
0.00
2.50 2.50
5.00 5.00
7.50
10.00
VSWR(2) Setup1 : Sw eep
VSWR(3) Setup1 : Sw eep
VSWR(4) Setup1 : Sw eep
12.50
15.00
1.耦合度不够3dB 2.通带窄
当务之急
达到3dB的 强耦合
Y1
DGS超宽带3dB定向耦合器设计
加入金属化过孔的3dB定向耦合器
孔的半径0.2mm
Curve Info
dB(S(3,1)) Setup1 : Sw eep banjing='0.15mm'
dB(S(3,1)) Setup1 : Sw eep banjing='0.17mm'
dB(S(3,1)) Setup1 : Sw eep banjing='0.19mm'
3dB定向耦合器的仿真设计与应用_陈峰
1 3dB 定向耦合器的特性
通常应用于广
播电视发射系统中
的 3dB 定 向 耦 合
器是是一个四
图1
耦合结构，其原理
如图 1 所示。
单 节 1/4λ
（λ 为中心频率波
长 ）3dB 耦 合 器
的内导体由两个等
宽的平行耦合板构
成， 耦 合 板 长 度
为中心频率波长
根据仿真尺寸加工样机，实测 的各 s 参数如图 9 所示。
图 9-1 是 SWR 参 数， 样 机 测 试 FM 频 段 内 最 大 SWR<1.08。 图 9-2 是 s21 参 数 , 满 足 -3.15<s21<-2.85 的范围要求。图 9-3 是 s31 参数＜ -35dB。图 9-4 是 s41 参数符合 -3.15<s21<-2.85 的范围要求。
频率 F1 和频率 F2 分别从耦合器 1 的两隔离端输入，经 过耦合器 1 分成两路后分别经过长度为 L1 和 L2 馈线，L1 和 L2 长度要满足公式 (4)、(5) ：
m=0,1,2
(4)
波长
n=1,2,3
λ1 、λ2 分别对应 F1、F2 的 (5)
此时 F1、F2 在两路的相位满足 1 节 3. 所述特性条件， 经过耦合器 2 后将频率 F1 和频率 F2 合成于同一出口。延迟
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
3dB电桥属定向耦合器
耦合器顾名思义，就是把信号耦合出来，也可以理解为把信号分出来，耦合器有分定向非定向，还有不同的dB值，在室内分部中用的比较多，当然在线路当中也可以用到。
3dB电桥属定向耦合器，它的耦合很强，达到3dB，即耦合输出与直通输出幅度相等，相位相差90°，使用范围很广。
由于耦合很强，无论是设计，还是制造都有别于一般的定向耦合器，因此，将在定向耦合器的基础上再对3dB电桥进行适当的描述。
定向耦合器的主要指标是：定向性和耦合系数，现对其进行简要说明。
.
定向耦合器的应用
定向耦合器，由于它具有定向性，能对传输线中的信号实现定向耦合，而且耦合器输出的大小可控，因此，它在雷达馈线系统中常用作信号采集和注入元件，以实时监测馈线系统工作的质量。
这就是常说的监测定向耦合器。
在集中发射机的雷达馈线系统中，连接发射管的主馈线，功率很高，主馈线的输入驻波相对来说也较大，为了保护发射管的输出窗口。
监视主馈线的驻波并实现保护控制很有必要。
利用两只定向耦合器或一只双定向耦合器串接在发射管的输出端口，实时测量入射波和反射波信号的大小，并送控保电路以对发射管实现控保。
在大功率测量中，由于被测功率电平很高，直接测量有时十分困难，早期的大功率测量曾用流动的水作吸收负载，通过
测量进出水的温差测量功率，这种方法测量误差较大。
通过式大功率计，利用定向耦合器串接在吸受负载之前，耦合出少量功率进行测量，把大功率测量变为小功率测量。
总之，由于定向耦合器的定向耦合特性和耦合度大小可任意设计的特性，它在微波技术和雷达馈线系统中有较广泛的应用。
3分贝定向耦合器的原理及其应用
３分 贝 定 向耦 合 器 的 原 理 及 其 应 用
口蒋 琦 罗正明 ，
（． １ 贵州省广播 电视局 ７ ４台， Ｊｌ ９ 贵＇ 六枝特 区 ５ ３ ０ ２ 贵＇ 省广播 电视局 ７ １台 ， ｔ 、 ５４ ０； Ｊ ｔ 、 ｌ ６ 贵州 贵 阳 ５０ ０ ） ５０ ２
１ 概 述
（ 由端 口 １输入 ） 副通道 输 出 电压 Ｅ （ 由端 Ｆ ２ 设 与 设 Ｉ 输 出 ） 比， 之 即
Ｃｖ＝
３分 贝定 向耦 合器 的应 用 ， 上世 纪 ６ 从 ０年代 开 始
已 由微 波 波段 扩展 到米 波波段 ， ７ 到 ０年代 在 发射设 备 中得 到应用 ， 它具 有 频 带 宽 、 构简 单 、 结 功率 容 量 大 和 制造 方便 的特 点 ， 广播 电视 技 术 和 电 子 技术 突飞 猛 在
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文章 编 号 ：０７— ０ ２ ２ １ ）２—００ ０ １０ ７ ２ （０ ０ ０ ２ ７— ２
・点・ 经滴 验
中 图分 类 号 ：Ｎ ４ ．２ Ｔ ９ ８ １
文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｃ 产生 一流入 副 线 ２— ３的 位 移 电流 为 ｉ 和 ｉ 同 ：
式中 Ｐ 为端 口２ ： 的功率，， Ｐ 为端 口３的功率 。Ｄ 时 由于 ｉ 交变 磁场 的作用 在 ２～ ３线 中感 应有 电流 ｉ， 越 大说 明定 向性越好 ， 者 说输 入 端 口与隔 离端 口隔 根据 电磁感 应定律 或 ｉ产 生 的磁通 应 阻止 ｉ产 生 的磁 离越 好 。理想 情况下 ， — 一 。 实 用 中常 对通 带 通量 的变化 ， 以 ｉ ｉ 向相 反 ， 图 ３所 示 。由 ， 。， 所 与 方 如 内 Ｄ提 出要求 。 图 ３可 以看 出： 量 由 １端输 入 ， 能 因电耦 合 电流 ： 和磁 （ ） 出平衡 度 ３输 耦 合 电流 ｉ 作 用 相 同 ， 以 ２端 有输 出 ， 在 ３端 因 。 ． 所 而 当 ｌ 口输 入 ， 、 口输 出时 ， 论 上讲 ， 端 ２４端 理 １端 口 ｉ 和 ｉ 作用 相反 ， 以 ． 当耦 合适 当时 ， 量 可 以互 相抵 消 ， 能 电压分 别与 ２ ４端 口 电压 之 比 ， 分 贝 表 示 即 ２ ｇ 、 用 ０ｌ 输 出为零 ， 叫隔离端 。反之 故 ｉ反作用 到 １ ４线 ， ～ 同 （ ，Ｅ ） ２ （ ｌ ） 应 等 于 ３ｄ 但 实 际 中总 样 在 ４端 能量作用 相 同 ， 有 输 出 ， 想情况 下 ， 、 Ｅ／ 和 ０ Ｅ ／ 都 Ｂ， ４端 理 ２４ 有一定误差 ， 一般 要求 通带 内 ２４端 最大 功 率偏 差 ≤ 端 能量相 等 ， 输 出为零 。这是 取 一小段 的情况 ， 、 ３端 对 ０． Ｂ。 ５ｄ 整个 耦合器 来说 ， 每小 段 迭 加起 来 同样 有 此性 质 。从
微带线定向分支线耦合器
设计仿真微带线分支线定向耦合器一、设计要求：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=0.5mm，εr＝4.2。
指标要求：1）通带：50MHz2）耦合度：3dB3）中心频率：1.8GHz4）输入输出阻抗：50Ω二、理论分析：2.1 结构分析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（Zb）当功率由（1）臂输入时，（2）、（3）两臂有输出；理想情况下，（4）臂无功率输出，故（4）臂是隔离臂，（2）、（3）两臂的输出可按一定的比例分配，若（2）、（3）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）－（2）及（3）－（4）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）、（4）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：2221(1)3(2)41120lg20lg(3)3G HujGuu GCu GH+==-+==其中C称为定向耦合器的耦合度，u1、u2、u3分别为（1）口输入电压和（2）、（3）口输出电压，可见（2）口和（3）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：1,G H==2.2 主要技术指标含量定向耦合器性能的主要技术指标有耦合度、定向性、隔离度、输入电压驻波比和频带宽度。
（1）耦合度C当端口1接信号源，端口2、3、4均接匹配负载时，端口1的输入功率p1与端口2的输出功率p2之比的分贝数为该定向耦合器的耦合度C，则Ω===Ω===3.35115011bYYZaYYZbbaa（2）方向性系数D端口2的输出功率p2与端口3的输出功率p3之比的分贝为定向耦合器的方向性系数D，则（3）隔离度I端口1的输入功率p1与端口2的输出功率p3之比的分贝数为该定向耦合器的隔离度I，则（4）输入电压驻波比指定向耦合器直通端口4、反向耦合端口2、隔离端口3都匹配负载时，在输入端口1测量到的驻波系数。
2进1出3dB宽带定向耦合器的设计
ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｚ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｌ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ３ ． ４ ｄ Ｂ、 ａ ＶＳ ＷＲ ｏ ｆ ｂ ｅ ｌ ｏ ｗ １ ．１ ５、 ｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ３ ０ ｄ Ｂ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ—ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｏ ｒ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｅ ｌ ｏ ｗ 一１ ６ ０
ａ 叶梭 ２ ０ １ ７ 年 第 ３ ０ 卷 第８ 期