微波工程

• 解决办法：提高边缘耦合线，（一种方法是用几 根彼此平行的线）
• 优点： a:容易达到3dB耦合比
•
b:有一个倍频或者更宽的带宽
•
c:有助于补偿偶模和奇模的不相
•
等，还提高了带宽
•
d: 输出线（端口2和端口3）之间有
•
90°相位差（说明一下：Lange耦合
线
•
是正交混合网络的一种 ）
缺点：不实用，线太窄，连接线之
c•o c11 2c12;特征阻抗
z1 v c oo
po
7.6.2耦合线耦合器的设计
• 如图7.31，3个端口接
有1用负2载vo的阻电抗z压o,其驱中动端，口
内1）阻也为是z匹，o 配输的入，（端端口口
4是隔离的，端口2是 直通端口，端口3是耦 合端口
• 对于偶模：Ie 1
I
e 3
,
I
e 4
线耦合器的节数是奇 数
• 对于C 1的单个耦合
器， • 可以得到
V3
jC tan
jC tan jC sine j
V1 1 C 2 j tan 1 j tan
V2
1C2
e j
V1 1 C 2 cos j sin
当
2
时，
V3
V C, 2
j
VV
1
1
• 对于右图：
V3
jC1 sine j V1
7.6 耦合线定向耦合器
1.耦合传输线：各个传输线的电磁场的相互作用，在传输 线之间可以有功率耦合 2.组成：三个或则更多导体组成 3.三个耦合传输线的几何形状
7.6.1耦合线理论
• 1.假设传输的是TEM 模 Ez 0, Hz 0
• 在右图中，C12代表两个 条状导体之间的电容 ；导C1体1 和和C地2代2之表间每的个电条容状 ，假设 C11 C22，即导 体的尺寸和位置是相 同的
160
则
• 结论：1口匹配，4口隔离，2、3口功率等分且同相
7.8.2渐变耦合线混合网络偶-奇模分 析
• 优点：a:可提供任意功 9999999率分配比
•
b:更大的带宽
组成：耦合器有两根长 度在0<z<L且有渐变阻 抗的耦合线组成
理论分析：
z 0, z 0 z 0 z
oe
0o
0
z
L,
z L 0e
jC2 sine j
V e2 j 1
.....
jCN sin
e V e j
2 j N 1
1
Cn是第n节的电压耦合系数。若C1 CN ,C2 CN1....
则V3
2
jV1
sine 3 N
C1
cosN
1
C2
cosN
3
...
1 2 CM
M
N
1
2
7.7 Lange 耦合器
• 产生原因：普通的耦合器耦合太松了。
I
e 2
,V1e
V3e和V4e
Ve 2
• 有图7.31知道，在端
口1处的输入阻抗表示
为 若令端口1 zin
V1 I1
Ve 1
Ie 1
Vo 1
Io 1
e
处偶模的输入阻抗是 zin
•
奇模的输入阻抗是
zo in
则 ze in
zoe
zo jzoe zoe jzo
tan tan
zo in
z0o
z0 z0o
2
2
A B Z0 CZ0 D
k k 1
计算S参量
1
s34
2
e
0
2 k e2 j k 1
s14
1 2
e
0
0
端口4到端口3的电压因数是
s34
2 k k 1
• 由于 s24 2 s34 2 2 2 1 可知功率守恒
端口1偶模和奇模反射系数：
1 k e2 j
e 1 k
k 1 e2 j 0 k 1
• 现在令
•则
ze in
zoe
zo z
jzoe jz
tan tan
oe
o
zo in
z0o
z0 z0o
j tan j tan
• 可以化简为：
• 所以 • 可以得到
• 若满足
• 通过分压有V3 V0
• 端口3的电压
•由
ze in
zoe
zo z
jzoe jz
tan tan
oe
o
zo in
z0
k
,
z 0o
L
kz 其中0 0
k
是耦合
• 耦合线和无耦合线的 连接处（Z=L），
• 渐变线的偶模和奇模 的反射系数：
Z0
Z o
k
k 1
e Z0 Z0 k k 1
0
Z0 Z0
kZo kZ0
1k 1 k
z=0,反射系数为：
e
k k
1 e2 j 1
0
1 k 1 k
e2 j
• 端口2和端口4的散射 参量叠加后：
z0o
z0 z0o
j tan j tan
• 可得
定义c为
可得 同样可得
• 耦合端口与直通端口 与频率的关系曲线
• 当 时，耦合器长度为
2
4
V3
V C, 2
j
1C2
V0 V0
Zoe Z0
1 C 1C
, Zoo
Z0
1C 1 C
7.6.3多节耦合线耦合器的设计
• 1.原因：带宽受限 • 2.特点：一般多节耦合
间的加工是空难
• Lange耦合器
• 电路图
实际 电路
展开 电路
4线模型的有效电容
对于偶模激励， 对于奇模激励
特征阻抗
Ze4
1 v p ce 4
特征阻抗 Z04
v
1 c
p o4
4线模型中一个分离对
偶模电容 奇模电容
用2线耦合线表示4线传输线 的偶模和奇模电容：
• 又利用 • 导出阻抗：
特征阻抗 电压耦合因数
j tan j tan
• 通过分压原理可知：
Vo 1
V0
Zo in
Zo in
Z0
Ve 1
V0
Ze in
Ze Z
in
0
Io
V 0
1
Zo in
Z0
Ie 1
V0
Ze in
Z0
• 把这些结果待入zin
V1 I1
Ve 1
Ie 1
Vo 1
Io 1
• 化简结果可得：
Zin
V1 I1
V1e I1e
V1o I1o
• 2.偶模：电流幅值相等 ，方向相同
• 电场关于中心线偶对
称，两根带状导体之
间没有电流流过，图
下如，其中C 等效于
12
开路， ;特征 阻 Ce C11 C22
抗Z
L
LC e
1
0e
Ce
Ce
VpCe
• 3.奇模：电流的振幅相 等，方向相反
• 电力线关于中心线奇 对称，两条带状导体 之间电压为零，
s44
1 2
e
0
0
s24
1 2
e
0
k 1 e2 j k 1
由于对称性： s22 0, s42 s24
计算进入端口1和端口3传输系数：
偶模，变压器 ABCD矩阵： k
0
0
1
k
• 奇模，变压器ABCD矩
阵： 1
0
k
0
k
偶模和奇模传输系
数：
e
o
2 k e2 j k 1
• 又由于
• s参量：
0 0
s
0
0
e
2
j
0 0
0
0
7.8.3 波导魔T
• 定性解释工作原理
7.9 其他耦合器
• 1.Moreno 正交波导耦合器 • 2.Schwinger 反相耦合器 • 3.Riblet 短缝耦合器 • 4.对称渐变耦合线耦合器 • 5.平面线上有空的耦合器
• 偶模和奇模特征阻抗
7.8 180°混合网络
• 理想3 dB的180°混合 网络的散射矩阵
180°混合 节符号
• 180度混合网络的几种 形式：
7.8进行分解
• 环形网络的散色波振 幅
• 利用ABCD矩阵计算可 得
p 利用表4.2（
）