微波论文带状线结构的平行双线耦合器

1、通信工程专业 微波技术作业带状线结构的平行双线耦合器（系）专 业：班 级：学 生 姓 名：学 号：指 导 教 师：完 成 日 期：2016/7/4目 录摘要11 平行双线耦合器概述11.1 平行双线定向耦合器简介21.2 设计指标21.3 平行双线定向耦合器的电路原理32 实验设计32.1 设计步骤32.2 HFSS的设计4创建模型52.3仿真结果52.3.1设置62.3.2反射系数62.3.3耦合系数和方向性系数63 结束语6参考文献错误！未定义书签。摘要平行双线定向耦合器广泛应用于幅度控制系统、平衡放大器、功率分配和合成器等许多微波网络和系统中。它们在各端口均阻抗匹配，这使得他们可以方便的

2、嵌入到其他电路或子系统中。本文首先介绍了平行双线定向耦合器的基本概念以及原理，以及近年来定向耦合器的研究和发展，并对平行双线定向耦合器的一些主要功能、性能参数、相关特性，进行了分析。并且设计了一个带状线结构的平行双线耦合器，中心频率为15Ghz，相对带宽为5%，介质为空气，各端口回波损耗大于18dB，耦合度为10dB，方向性大于20dB 。同时使用电磁仿真软件HFSS设计了平行双线定向耦合器的电路模型，并对设计数据进行仿真、优化，以达到预期的设计要求。1 平行双线耦合器概述1.1 平行双线定向耦合器简介定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。

3、定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。本文即对平行耦合的设计仿真。定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件。它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等，一种应用特别广泛的耦合器是3dB耦合器，这种耦合器的两个输出端口输出信号的幅度是相等的。定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合(分配)元件。它是一种四端口元件，通常由称为直通线(主线)和耦合线(副线)的两段传输线组合而成。直通线和耦合

4、线之间通过一定的耦合机制(例如缝隙、孔、耦合线段等)把直通线功率的一部分(或全部)耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。如果直通线中波的传播方向变为与原来的方向相反，则耦合线中功率的输出端口与无功率输出的端口也会随之改变,也就是说，功率的耦合(分配)是有方向的，因此称为定向耦合器(方向性耦合器)。平行双线定向耦合器是在微波集成电路中被应用广泛的反向定向耦合器。这种平行双线耦合器通常用带状线或者微带线来实现。本次设计使用带状线来进行设计。1.2 设计指标（1）中心频率15Ghz（2）相对带宽5%（3）空气介质，（4）各端口回波损耗大于18dB（5）耦合度

5、10dB（6）方向性大于20dB 1.3 平行双线定向耦合器的电路原理平行双线定向耦合器的电路原理如图1.1所示，它由等宽的耦合线段组成，其耦合线的长度是中心波长的1/4，各个等宽均接匹配负载。当信号从端口1输入时，除了向端口2传输外，通过两线之间的电磁耦合，还会向端口3和4传输，由于电场耦合在副线中向端口3和4反向产生的电压是等幅同相的，而磁场耦合在副线中向端口3和4反向产生的电压是等幅反相的。因此，副线中端口3处的电压是同相叠加而有信号输出，而副线中端口4处的电压是反向而抵消的。在理想情况下，端口4无输出，可达到理想隔离。端口2和3的输出信号相位差为90度。图1.12 实验设计2.1 设计

6、步骤（1）确定基片参数（空气，介电常数，厚度）（2）计算出平行双线定向耦合器的初始尺寸。（3）根据归一化阻抗确定奇、偶模阻抗。（4）根据奇、偶模阻抗确定耦合线的长度和宽度。（5）HFSS中进行设计仿真。2.2 HFSS设计2.2.1创建模型15GHz对应波长=20mm，带状线介质为空气，厚度约1.6mm。图2.1 耦合器结构2.3 仿真结果2.3.1 设置设置4个端口的激励方式为集总端口激励。耦合器的中心频率为15GHz，因此设置HFSS的求解频率（即自适应网络部分频率）为1GHz，同时添加0.5GHz1.5GHz的扫频设置，分析天线在0.5GHz1.5GHz频段内的回波损耗，耦合度和方向性。图2.2 设置2.3.2 反射系数图2.3 反射系数2.3.3 耦合系数和方向性系数图2.4 耦合系数和方向性系数仿真结果显示，耦合器各个端口在相当宽的频带具有良好的阻抗匹配，反射系数均小于-18dB，耦合度约10dB且耦合器的方向性系数大于20dB左右。3 结束语 本文首先介绍了什么是定向耦合器，以及定向耦合器的分类，进而着重介绍平行双线定向耦合器的主要功能、性能参数，相关特性。接着简单说明了设计步骤，以及HFSS仿真结果，得到的参数使得设计的天线达到了实验设计要求：中心频率为15GHz，耦合器各个端口反射系数均大于18dB，耦合度