微带线定向耦合器的设计

微带线定向耦合器的设计一、数学模型1、耦合度和传输系数图 12 所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。当端口信号激励时，端口为隔离端无输出、而耦合端口及直通端口有输出。根据奇、偶模分析方法可知，耦合端口及直通端口的输出电压分别为， sin)(cos2si)(snco200020002 ZjZjZZUee sin)(cos2i)(200020002 ZjZjUee 式中： 和 分别为耦合微带线的偶模和奇模特性阻抗， 和 分别是耦合微带线的eZ0 e偶模和奇模的电长度， 是端口的端接阻抗。0根据（1）式可知定向耦合器的耦合度为， )dB(|lg202UC而根据（2）式可得传输系数为， )(|l4T但需要满足以下条件，即：)1()2()3()4(eOeee ZZZsinsin00 0020 如果假设耦合微带线中传输的是 TEM 波（而不是准 TEM 波） ，则可忽略奇、偶模相速的差别而认为： ，此时（1）（4）式可以改写成以下形式，即：0e sinco1i202 jCjUsinco120204 j式中： 00ZCe02f但需要满足以下条件，即： 020Ze根据（5）（9）式可知，此时的耦合度和传输系数分别变为， )dB()cos1inlg(0202CC )()csl(20T而中心频率的耦合度为， )dB()lg(2lg200ZCe2、耦合区的长度根据（11）式可知，当耦合区的电长度 时，耦合度 最大，耦合器获得最09C)5()6()7()8()9()10()1()12()13(大的耦合输出。因此图 12 中“耦合区”的几何长度应取中心工作频率的四分之一波长， 即： 4gml对于工作在准 TEM 波的耦合微带线的奇、偶模的相速不相等，应取： )(210gegm式中： ege000eg分别为“奇模”和“偶模”波导波长，而 和 分别是“奇模”和“偶模”的有效介电常数。注意：当工作频率较高时“耦合区”的几何长度将非常短、制作困难，此时可取： ,3214)12( nnlgm即可以将“耦合区”的几何长度设计成中心工作频率的四分之一波长的奇数倍，具体取多少倍应视具体情况而定。3、平行耦合微带线定向耦合器结构尺寸的近似计算（1）TEM 波平行微带线定向耦合器的情况对于 TEM 波情况耦合微带线的“偶模”和“奇模”的特性阻抗可用下式计算，即： 20/001CeZeZ020（2）微带线定向耦合器的近似求解严格耦合微带线中传输的是准 TEM 波，则不可忽略“奇、偶模相速”的差别。因此，)14()15()16()17()18()19()20(此时必须要根据（5）式和（13）式来求出 和 ，但是（ 5）式和（13）式中的 和eZ0 e在耦合器的结构尺寸还没有未确定以前是未知的，这表明耦合微带线定向耦合器的严格0设计必然是一个反复试算的过程。不过在许多情况下、特别是在 10dB 耦合度和更松耦合的情况下，由（19）式和（20）式给出的 和 近似值具有足够的精度而值得注意。对e0于紧密耦合的情况作为一级近似，在要求具有一定值的定向耦合器的耦合度 和平行耦合C微带线定向耦合器的介质材料（即知介质基片的厚度 ）的条件下，可以首先根据式h（19）和式（20）计算 和 以确定平行耦合微带线定向耦合器的结构尺寸 W 和eZ0S（可查类似于表 1 获得） ，然后根据(5)式计算 、 和特性阻抗 。如果上述计算所e00Z获得 值与你所希望获得的 值（通常为 50）出入较大时，则微带线定向耦合器的结0Z0构尺寸 W 和 S 必需稍微做一些变动、以修正计算所获得的 值使之逼近所希望获得的0值。0二、微带线定向耦合器的计算机辅助设计#include#includevoid main()int Z0=50,H=1,K=4; /端接阻抗 Z0,微带导体的数目 Kfloat F0=6.5,C0=3.0,ER=9.6; /中心频率 F0,耦合分贝数 C0,介质基片的相对介电常数 ERfloat C,C1,C2,C3,Q,S1,S2,S3,S4,ZOO,ZOE;C=1/pow(10, C0/20);C1=C*C;C2=K-1;C3=C1+(1-C1)*C2*C2;Q=sqrt(C3);S1=1-C;S2=1+C;S3=1+Q;S4=C+Q;ZOO=Z0*sqrt(S1/S2)*C2*S3/(S4+C2*S1);ZOE=ZOO*S4/C2/S1;coutZOOn;coutZOE