實驗三-方向耦合器

實驗三：功率衰減器學院：____信息學院____實驗日期：2023年11月5日班級〔專業(yè)〕：____通信國防___________學號：_______2023106006______姓名：___胡志偉__實驗目的：1.了解方向耦合器的原理及根本設計方法。2.利用實驗模組實際測量以了解方向耦合器的特性。3.學會使用微波軟件對方向耦合器進行設計和仿真，并分析結果。實驗設備：項次設備名稱數(shù)量備注1MOTECHRF2000測量儀1套亦可用網絡分析儀2方向耦合器模組2組RF2KM5-1A、RF2KM5-2A350ΩBNC接頭2個THRU4[50Ω]負載端子2個LOAD-1、LOAD-2550ΩBNC連接線2條CA-1、CA-261MΩBNC連接線2條CA-3、CA-47MICROWAVE軟件1套微波軟件理論分析：〔一〕方向耦合器的原理：方向耦合器是個四端口網絡結構〔4－portnetwork〕，如圖5－1所示。DirectionalCouplerPort-1P1Port-2P2Port-2P3Port-4P4圖5-1方向耦合器方框圖圖5-1方向耦合器方框圖其信號輸入端〔Port-1，InputPort〕的功率為P1，信號傳輸端〔Port-2，TransmissionPort〕的功率為P2，信號耦合端〔Port-3，CouplingPort〕的功率為P3，而信號隔離端〔Port-4，IsolationPort〕的功率為P4。假設P1、P2、P3、P4皆用毫瓦〔mW〕來表示，定向耦合器的四大參數(shù)，那么可定義為：傳輸系數(shù)：耦合系數(shù)：隔離度：方向性：常見的定向耦合器可分成支路型和平行線型兩種。其設計方法如下：1、支路型〔Branch-lineCoupler〕其電路根據(jù)組成元件可再分為低通L-G式、高通L-G式和傳輸線式，如圖5-2(a)(b)(c)所示。Port-1Port-1P1P3Port-3Port-2P2LsLsCpCpZo(a)low-passtypeP4Port-4Port-1Port-1P1Port-2P2P3Port-3CsCsLpLpZo(b)high-passtypeP4Port-4圖5-2(a)低通L-C式支線型耦合器;(b)高通L-C式支線型耦合器圖5-2(d)平行線型耦合器λ/4ZoeZooPort-1圖5-2(d)平行線型耦合器λ/4ZoeZooPort-1P1Port-2P2P3Port-3P4Port-4ZoZoZoZoPort-2P2ZoZoPort-1P1ZoP3Port-3圖5-2(c)傳輸線式支線型耦合器λ/4ZosZoP4Port-4ZopZoP3Port-3圖5-2(c)傳輸線式支線型耦合器λ/4ZosZoP4Port-4Zopλ/4ZopZos其設計步驟如下：步驟一：決定耦合器的規(guī)格。包括耦合系數(shù)C(dB)、端口的等效阻抗Zo〔ohm〕、電路使用的中心頻率，fc〔Hz〕。步驟二：利用以下公式計算出K、Z0S及Z0P:步驟三：利用以下公式計算出所需的值:低通L-C式高通L-G式傳輸線式假設選用微帶線來設計，那么依據(jù)使用基板參數(shù)〔Er、h等〕利用軟件計算出Zos及Zop的微帶線寬度〔W1、W2〕和四分之一波長的長度〔P1、P2〕。步驟四：利用模擬軟件檢驗，再經過微調以滿足設計要求。實驗步驟利用實驗模組實際測量〔1〕將信號從信號輸入端P1輸入，在其它三個端口接電阻，進行測量；〔2〕將信號從信號輸入端P1輸入，在其它三端分別進行接線的測量〔每次一個端口接線，其它三個端口都接電阻〕。軟件仿真設計一個工作頻率為400MHz的10dB的高通L-C支路型耦合器?！瞆o=50ohm〕解:C=-10dB，fc=400MHz實驗記錄1、支路型方向耦合器：實際模組測量信號從P1端輸入：〔1〕其它三端接50歐電阻：信號在P1端衰減約10dB，圖中S21為35dB，信號通過模組后幾乎全部被電阻吸收?！?〕P2端接線，P3和P4端接50歐電阻：信號在P1端衰減約10dB，P2端為信號傳輸端，從P1到P2信號根本不衰減。〔3〕P3端接線，P2和P4端接50歐電阻：信號在P1端衰減約10dB，P3端為信號耦合端，信號從P3端輸出衰減約10dB?！?〕P4端接線，P2和P3端接50歐電阻：信號在P1端衰減約10dB，P4為信號隔離端，信號從P4端輸出衰減約10dB。軟件仿真：由圖可以看出：S11約為10dB，S12約為0〔即信號從P1傳到P2根本不衰減〕，S13與S4也與實際實驗結果在誤差范圍內相等。平行線型方向耦合器信號從P1端輸入其它三端接