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]

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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：2~4GHz

2、耦合度：20±1dB

3、插损≤1dB

4、隔离度≥20dB

5、幅度不平度≤1dB

6、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。

3）确定定向耦合器节数。

4）根据归一化阻抗确定定向耦合器奇、偶模阻抗。

n=3的切比雪夫耦合定向耦合器的归一化阻抗

5）根据定向耦合器奇、偶模阻抗确定耦合线的长度和宽度。

为纹波 12f f B =012f f f W -

=δe Z 0e Z 0o

Z 0

HFSS中进行场仿真

Autocad中绘制印制板加工

CUIT-COUPLER

原理仿真

1.原理图

电脑磁场仿真

1. 3D建模视图

2.仿真曲线

电路板图设计

最终版图由CAD2008软件绘制，CAD版图如下：

安装与调试

1.电路实物图：

2.实测曲线

1. S11曲线

3. S22曲线

3.S21曲线

4.S31曲线

5. S33曲线

6. S41曲线

7. S44曲线

8. 相位曲线

总结

同其他组的测试数据进行比较，虽然存在误差，但还在指标之内，能够满足设计要求。同时我们又对频率的改变对平行耦合微带线定向耦合器性能参数的影响进行了测试，从测试结果上可知，耦合度虽然发生了变化，但改变的幅度并不是很大，即平行耦合线定向耦合器适用于较宽的频带范围上。理论上，对于平行耦合微带线定向耦合器，随着频率的升高，耦合度增加，隔离度降低，回波损耗减小。