微带分支定向耦合器CAD.pdf

第 l 5 卷第4 期 9 9 5 锥 J 2 河北 夫学学报 自然辩 学版 J ou r n a 1 o f H e b e Uni v e r s i t Vo J I 5 No 4 Dec I 995 L 一 微带分 支定 向耦 合器 CAD 谭秀华 李进珍 电 予 信 息工程系 一 三 夕 Z 摘要畚 文介 绍 7使 用 CAD 慢微 带 分支定向捐 合 嚣谩计最佳化 制作和 测试结果表 明 耦 夸 嚣 的 性 能 完 全 达 到 了 设 计 要 求 接 口 阻 抗 为 5 O 政 的 3 d b三 分 支 定 向 耦 舍 器 具 有 良好 匹 配特 性 频 带 宽度 迭 0 8 1 GHz 苎 要 善 f 暂f f 成电路 中 图 法 分 类 号T N 6 2 2 T P 3 9 1 7 2 敏皈寰 伺祸 碧 微波集成电路正向着更高频率 更小型化 固体他方向发展 以往设计需瓷 曲线 表 格 用近似公式设计 会产生较 大的误差 并且需要经过反复 实验 修 改 方可 完成 这 样往往要耽 曝许多时 间 用 CAD 就方 便多 了 分支定向耦合器是 由主 线 副线和若干分支线构成 其长度在 中心波长 I 二 均 为四分之 一 相 波长 分支特性阻抗 也可不 同 由对网络的要求而定 它的结构简单 加工方便 在 微波集成 电路 中应 用十分广 泛 J 微 带分支定 向耦合器原理及分析方法 分支定向耦合器是 一种 四端 口网络 以双分支为例进行说 明与分析 结构 图如 图 l 所 示 信号电压 由端 口 1 经 A输 入 到达 B和 C经端 口 2 与端 口 3 输 出 端 口 4 为隔 离端 端 口 3 为耦 合端 其输 出大小取决 于各段线的 归一他特性 导纳 值 a l a 2 及 b 其 中端 口 1 4 的传输线归 一化特性 导纳为 1 端 口 2 3 的传输线 归 一化特性导纳为y 亡 R为主线的 输 出 输 入阻 抗比 称 变阻 比 分 支定 向耦合 器理 论分析方法是用 奇偶模分 析法及迭 加原理 从 EE 为 对 称面分成 上下两个二端 口网络 这样 分 析要简单得 多 在偶模工作情况 下 对 称面为电压波腹 电流波 节点 等效 为 开路 奇模工作情况 F 对称面为 电压波节点 口网络 在 奇偶模工作情况下的归 一化转 移矩 阵 十 收 稿 日期 1 9 9 4 0 6 t 3 奉文第 一作 者 女 5 4岁 副教授 圈 l 艇分 支定 向耦 台结 构躅 电流波腹点 等效为 短路 可以得到二端 维普资讯 5 2 河北太学学报 自然科学版 1 9 9 5年 三 可求 出奇偶 模工 作时 端 口网络的 外特 性参量 即输 入端 电压 反射 系统 r和 网络的 电压 传输 系统 T 下标 e O分别表示偶模和 奇模 T 一 一D C D C D c 当端 口 1 完 垒匹配 端 口 1 与端 口 4 理 想隔离时 给 出耦台 度情 况下 算出耦 台端 1 1 3 输 出电压 U l 其 中 C为耦台度 单位 为 d B 即推导 出双分 支变阻 定向耦台器各段线的归一化特性导纳 值公式 6 了 a a 百a I b l u I I 百 经 过反 归一化 也可得到各段线特性阻抗 展宽带 宽可 用三 分支 分析方法 同前 各段 线 归一化特 性导纳值为 I 耦台度 C d B 2 0 1 o g d B 3 d B 耦 舍 情 舭 击 得 l 通常取日 b 2 式中a 为第一 三分支归一化特性导纳 口 为第二分支的归 一 化特性 导纳 值 各段 特性阻抗可求得 计算各段微带线宽度 W 选 定微带板 后 则微 带板 的介 质相对 介 电常数 s 及 厚度 h为已知 则 w用 下式求 出 对 于宽带 w h 2 时 w 车一 l 1 O n 车 2 e j Z s j z r 2 e Z 0 2 9 3 0 5 1 7 1 对 于窄带 w h 1 3 时 宽 带 e 半 1 w 时 e 西 1 h 1 3 1 ln 4 时e 手 1 西 其 中 In 皇 i 6 h 2 1 V j 分 支 线 长 度 主 副 线 长 度 寺 6 主副线修正值 6 O 2一O A Wa 当 W W 2 时 当 I 2 时 h 0 1 0 2 W o 1 0 2 W 2 分 支线 长度修 正值 O 6一o 8 w 其中 w W 2 分别为第一分支和第二分的微带线宽度 若是三分定向耦合器 刚第 一 分支和第三分支线宽度相等 W 为 主线 和副线微带宽度 2程序 设计 要 求性 能范围 中心额率 3 GHz 隔离度 I 2 5 d 8 驻波 比P 1 2 耦 合度 C 3 d B n 3 程序 分析 进行主副线 支线的宽度 长度计算并 画结构图 设 分 支 线 数 目为n 选 聚 四 氟 乙 烯 微 带 板 其 中 2 5 5 h 1 5 mm ZL z0 5 O Q 输 入 n c B h E L E D 后 应 即 显 示 出 设 计 足 寸 与 图 形 W l O 8 0 ram W a 2 W b 一6 6 ram I a 2 1 5 c m l a 2 1 7 3 e ra 1 6 9 c m 实际微带三 分支定 向耦 合器结构图如 图 3所示 图2 流程图 维普资讯 5 4 河北大学学报 自然科学版 1 9 9 5年 3实验 结果 根据设 计数据 制成如图 3的电路扳 经过逐点 测试 得知 圈 4曲线 可 以看 出频带 较 宽 基本 满足 技术 条件 图 3 三分 支定 向耦台器结构 图 唾 GH A 周 4 馓带 3分贝分支定 向耦台器测试 曲线 参考文献 1 清华大学 镦带 电路 编写 组 微带 电路 北京 人民邮 电出版社 1 9 7 8 1 8 0 1 9 8 2 周 文 表 微 波 集 成 电路 计 算 机 辅 助设 计 手 册 北 京 人 民 邮 电 出版 社 1 9 8 8 1 0 8 1 3 0 3 摩 承恩 微 波技 术基 础 西安 西北 电讯工程学院出版社 1 9 8 4 1 6 2 1 6 3 T a nXi u h u a Lf J i n z e n De p t o f El e c t r o n i c s a n d I n f o r ma t i o n E n g He b e i Un i v e r s i t y B a o d i n g 0 7 1 0 0 2 Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r wff i n t r o du c e op t i ma l d e s i g n o f mi c r os t r i p b r a n c h d i r e c t i on a l c o u p l e r u s i n g CAD Ex r i me n t s a n d me a s u r e me nt s s ho wn t ha t i fs pr o p e r t i e s c a rl b e me e t c o mp l e t e l y r e q u i r e m e nt of d e s i g n Th e 3 dB d i r e c t i o n a l c o up l e r s wi t h c h a r a c t e r i s t i c i mp e d a n