微带线定向耦合器的设计

1、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，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偶模和奇模的电长度，是端口的端接阻抗。 根据（1）式可知定向耦合器的耦合度为，而根据（2）式可得传输系数为，但需要满足以下条件，即： 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：式中：但需要满足以下条件，即：根

2、据（5）（9）式可知，此时的耦合度和传输系数分别变为，而中心频率的耦合度为，2、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：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：式中：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：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

3、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：（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，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

4、平行耦合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（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S（可查类似于表1获得），然后根据(5)式计算、和特性阻抗。如果上述计算所获得值与你所希望获得的值（通常为50W）出入较大时，则微带线定向耦合器的结构尺寸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值。二、微带线定向耦合器的计算机辅助设计#include<iostream.h>#include<math.h>void 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;cout<<ZOO<<'n'cout<<ZOE<