微波射频学习笔记12-------单节/多节定向耦合器的设计

平行线耦合器
一、基本原理

两根紧挨着的微带线，一根通信号，因为电磁场的相互作用，另一根会有功率耦合。
当电磁波通过主线时，本身是携带电场和磁场的，由于两根传输线距离很近，类似电容，所以主线上的交变电流通过电容，将两股方向相反的电流耦合到耦合线上；同时根据电磁感应定律，磁场中的导线会产生方向相反的感应电流，故上图②端口和下图4端口会产生叠加的功率，而③口，因为电场和磁场产生电流的方向相反而抵消。正因此，③口称为隔离端，另一个口称为耦合端。

二、单节平行线耦合器结构

1.① 为信号输入；② 为耦合端口；③ 为隔离端口；④ 输出端口；
2.两线耦合段线长1/4波长，线宽为50Ω匹配（耦合部分，可稍细）；
3.因为是对称设计，输入输出端口可反，同时耦合隔离也会反过来。

三、设计指标
1.插入损耗：输入输出直通的S21/S12；
2.电压驻波比：主要看S11和S22，S33和S44一般较好；
3.耦合度：耦合能量的大小，和线距离远近有很大关系（能有多近，看加工精度）；
4.隔离度：隔离端口的损耗值，耦合的能量越小越好；
5.方向性 = |隔离度| - |耦合度|，① 耦合段改成锯齿状②带状线耦合可提高方向性。（因为微带线奇偶模两种模式相速不同，在空气-介质界面有不同的场结构，所以降低了方向性）。
6.承受功率：线越宽，承受功率自然就越高。

四、HFSS仿真验证
仿真模型如下：

仿真结果如下：

从仿真图上可以看到，损耗极小，耦合度在26dB左右；隔离度在37dB左右，所以方向性为11dB，符合理论，有实际效果，但方向性太差。下图的模型可以稍稍提高一点方向性。

五、耦合器设计过程
和Wilkinson功分器一样，单节1/4波长传输线带宽太窄，宽带需要多节设计。

1.单节耦合器（带宽窄）
（1）已知耦合度和特征阻抗Z0
第一步：算出耦合系数C
C = 10-M/20（M为耦合度）
第二步：算出偶模和奇模的特征阻抗Z0e和Z0o
Z0e = Z0√（（1+C）/（1-C））
Z0o = Z0√（（1-C）/（1+C））
第三步：算出线长、线宽和耦合度

软件Genesys中的小工具Tline计算得出（公式计算，过于复杂）
（2）已知耦合度和特征阻抗Z0
可以直接用小工具：哈哈哈哈哈哈哈，那我为啥还要写（1），哈哈哈哈，太蠢了。

2.多节耦合器设计
设计方法来自于《现代滤波器的结构与设计》第15.5（对称型）、15.6（设计实例）和15.7节（非对称型）。耦合器的设计方法在滤波器的书里，真是有毒…网上查了很多资料，大部分人都是根据这书里的表格做设计，然后在用HFSS优化优化的。
多节耦合器有两种结构：一、对称型（间距从中间向两端扩散）；二、不对称型（间距向一端扩散）。
表格内容太多，就不抄了，感兴趣的自己去看吧。
其实就算不根据表格，就在HFSS里面不断调整宽宽和间距，一样可以设计出来。

微波射频学习笔记12-------单节/多节定向耦合器的设计相关推荐

微波射频学习笔记7--------阻抗匹配
阻抗匹配 1.阻抗匹配的目的阻抗匹配主要用于传输线上,以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的,而且几乎不会有信号反射回来源点,从而提升能源效益. Ps:波的反射会造成驻波,从这点看来:插 ...
微波射频学习笔记3--------微带线与带状线介绍
微带线 1.随便介绍一下 ① 用途:微带功分器.微带耦合器.微带滤波器.PCB板布线.微带天线- ② 优点:易于有源.无源电路集成 ③ 走线原则:①尽量短 ②尽量平滑 ③尽量正交微带布线的弯曲,宽度 ...
微波射频学习笔记17-------LC谐振的验证和LC滤波器原理
具体化验证LC谐振规律一.明确LC谐振和RLC谐振的关系? LC谐振是理想化的RLC谐振,实际电路中或者LC器件本身也会存在电阻,所以RLC谐振的大部分理论对于LC同样适用. 二.单阶LC谐振的电特 ...
CST微波工作室学习笔记—12.同轴线仿真分析和优化设计
CST微波工作室_同轴线仿真分析和优化设计实例同轴线开路负载结构模型外径:2mm,内径:0.86mm 水平支路:12mm,垂直支路:6mm 填充介质:空气(air) 初始结构:水平支路内径长度11 ...
微波射频学习笔记20-------二极管
二极管一.特性单向导电二.用途整流.开关.限幅.续流.检波.稳压- 比如整流: 交流电是指正负交替的电压,因为二极管单向导通,所以负电不导通,接了二极管后,只剩下正电,因此会变成直流电. 三. ...
微波射频学习笔记15-------了解1/4波长天线
1/4波长天线的介绍本节内容是网上拼凑而来,以后成大佬了,在来看看对不对. 一.四种常见的类型偶极子天线 --> 单极子天线 --> 倒L型天线 --> 倒F型天线 1.偶极子天 ...
微波射频学习笔记21-------三极管
三极管一.特性放大电流. 二.用途 1.开关:比如控制风扇打开和关闭: 2.放大:比如控制风速.耳机音频大小. 三.模型 ① 给二极管的PN结加一结,整出个NPN或PNP,实际可以看成是2个二极管 ...
微波射频学习笔记22-------场效应管（MOS管）
三极管一.特性栅极通电,出现电流. 二.用途开关.提供稳压.作为可变电阻.放大. 三.原理 ① 给P型半导体里放2块N型半导体,通上电后如下图,此时NPN相当于2个反向二极管,此路不通: ② 在 ...
微波射频学习笔记10-------T型结功率分配器
T型结功率分配器一.概述功分器的作用:将一路输入信号的能量(功率)按比例从多个端口分配出去,当然中间会造成一点损耗(主要来自于导体材质,信号传播方式). 比如说:一个1W的信号通过一个二公分器,变 ...

微波射频学习笔记12-------单节/多节定向耦合器的设计

微波射频学习笔记12-------单节/多节定向耦合器的设计相关推荐

最新文章

热门文章