第六章+定向耦合器

R步F&骤M三W : 利用下列公式计算出元件值:
（1） 低通L-C式:
Ls
Z0s
2fc
Cp
1
2fcZ0 p
（2） 高通L-C式:
Cs
1
2f c Z 0 s
Lp
Z0 p
2fc
步骤四: 利用模拟软件检验,再微调。
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6.2.2 集总参数定向耦合器设计实例
设计一个工作频率为400 MHz的10 dB低通L-C支 路型耦合器。Z0=50 Ω,要求S11≤-13dB, S21≥-2 dB, S31≥-13 dB,S41≤-10 dB。
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C 20 lg
b2 1
b
1 a2 b2
步骤三: 计算特性阻抗Za和Zb和相应的波导波长。
步骤四: 用软件计算微带实际尺寸。
6.3.3 分支线型定向耦合器设计实例
设计3dB分支线耦合器,负载为50Ω,中心频率为
5GHz,基板参数为εr＝9.6,h=0.8mm。 步骤一: 确定耦合器指标。 步骤二: 计算归一化导纳: b= 2 , a=1
常用的集总参数定向耦合器是电感和电容组成的 分支线耦合器。其基本结构有两种： 低通L-C式和
高通L-C式。
1 Z0
Ls
P1
Cp
4
Ls
P4
2 P2
Cp
3 P3
1 Z0
Cs
P1
Lp
4
Cs
P4
2 P2
Lp
3 P3
(a)
(b)
图 6-2 L-C分支线型耦合器 (a) 低通式； (b) 高通式
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第6章 混合接头与耦合器
6.1 引言 6.2 集总参数定向耦合器 6.3 分支线定向耦合器 6.4 耦合线定向耦合器 6.5 环形桥定向耦合器 6.6 孔定向耦合器
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6.R1F&引MW言
6.1.1 混合接头与耦合器的技术指标
包括频率范围、 插入损耗、 耦合度、 方向性、 隔离度、幅度平衡度、相位一致性等。
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步骤三: 计算特性阻抗：
11
Za
Ya
aY0
50
Zb
1 Yb
1 bY0
35.3
步骤四: 计算微带实际尺寸: 支线 50Ω W=0.83 mm, L=6.02mm 主线 35.3Ω W=1.36 mm, L=5.84 mm
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6.3R.F4&M如W 何直接写出其S矩阵（3dB）？ 6.3.5 如何由奇偶模分析法验证其S矩阵？
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B1
e
2
o B2
Te
To 2
对于偶模，
B3
Te
To 2
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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（εr,h）。 步骤二: 计算支线和主线的归一化导纳a和b:
(4) 方向性: 描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关 系。理想情况下,方向性为无限大。 (5) 隔离度: 描述主路输入端口与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。
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R描F&述MW定向耦合器特性的三个指标间有严格的关系, 即方向性＝隔离度-耦合度。
1
2f c Z 0 s
8.59 pF
L2
Z0 p
2fc
56.68nH
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步骤四RF&: M仿W 真计算。
图 6-3低通L-C支路型耦合器等效电路
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图 6-4 低通L-C支路型耦合器仿真结果
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(1) 工作频带: 定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关 系,也就是说与频率有关。 (2) 插入损耗： 主路输出端和主路输入端的功率比值,包括耦 合损耗和导体介质的热损耗。
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RF(&3M)W耦合度: 描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系,
通常用分贝表示,dB值越大,耦合端口输出功率越小。 耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。
步骤一: 确定耦合器的指标,C=10dB,fc=400MHz, Z0=50 Ω。
步骤二: 计算K、Z0s、 Z0p：
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k 10C /10 0.1
Z0s Z0 1 k 47.43
1 k
Z0p Z0
150 k
步骤三: 利用下列公式计算元件值：
C1
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6.3RF&分MW支线型定向耦合器
6.3.1 分支线型定向耦合器原理
如图示,各条支线在中心频率上wk.baidu.com四分之一波 导波长,由于微带的波导波长还与阻抗有关,故图中支 线与主线的长度不等,阻抗越大, 尺寸越长。
Zs
1
2
串联 臂
Z0
gp
4
并联 臂
Zp
4
3
gs
4
图 6-5分支线耦合器
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6.1.2 混合接头与耦合器的原理
以四端口网络结构为例
2
1 P1
P2 定向 耦合 器
4
3
P4
P3
图 6-1 耦合器方框图
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定向耦合器的参数则可定义为：
插入损耗 T (dB) 10lg P2 10lg 1
P1
S21 2
耦合度
C(dB) 10lg P3 10lg 1
P1
S31 2
隔离度
I (dB) 10lg P4 10lg 1
P1
S41 2
方向性
D(dB) 10lg P3 10lg 1 10lg 1 I (dB) C(dB)
P4
S41 2
S31 2
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6.2RF集&MW总参数定向耦合器
6.2.1 集总参数定向耦合器设计方法
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集总R参F&数MW定向耦合器的设计步骤： 步骤一: 确定耦合器的指标,包括耦合系数C(dB)、
端口的等效阻抗Z0（Ω）、电路的工作频率fc。 步骤二：利用公式计算出k、Z0s及Z0p:
k 10c/10
Z0s Z0 1 k
Z0p Z0
1 k k
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