第三章 微波集成無源電路電子科大-3.4耦合微帶定向耦合器

3.4耦合微帶線定向耦合器概述由電長度為π/2的耦合微帶線構(gòu)成，①為輸入端、④為輸出端、②為耦合端、③為隔離端。①-④為主線，

②-③為副線。主線和副線上信號傳輸方向相反，又稱為“反向定向耦合器”一般為弱耦合情況（-20dB），主線上傳輸大功率信號，副線耦合輸出弱的取樣信號，用于高功率信號檢測等3.4耦合微帶線定向耦合器主要技術(shù)指標耦合度C：P1P2P4P3方向性D：隔離度I：三者之間的關(guān)系為:I=C+D理想情況下，高隔離度，高方向性：P3→0，D→∞，I→∞3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器奇偶模特性參數(shù)：

奇偶模激勵時的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)：

0o、T0o

;

0e、T0e奇偶模分析法要點：——求解奇偶模特性參數(shù)和四端口網(wǎng)絡(luò)的端口電壓、傳輸功率的關(guān)系（耦合、隔離關(guān)系）奇偶模阻抗為：Zco

，Zce均勻介質(zhì)奇偶模電長度相等:3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器偶模激勵時，單根線對端口匹配負載Z0歸一化轉(zhuǎn)移矩陣：UeUe3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器奇模激勵時，單根線對端口匹配負載Z0歸一化轉(zhuǎn)移矩陣：-UoUo耦合微帶線定向耦合器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可由：Z0、ZcO、Zce、Θ確定3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器各端口入射波電壓：各端口出射波電壓：設(shè)①口接電壓源1V，②③④口均接匹配負載Z0。各端口電壓：3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器ae2ae1偶模激勵電壓：偶模激勵時端口電壓3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器ao2ao1奇模激勵電壓：奇模激勵時端口電壓3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器利用線性疊加原理，各端口的電壓a2a13.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器利用線性疊加原理，各端口的電壓a2a13.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器理想定向耦合器要求：P1P2P4P3（1）理想端口匹配（2）理想隔離完全匹配和完全隔離條件:Z0=ZC3.4耦合微帶線定向耦合器3.4耦合微帶線定向耦合器奇偶模法分析均勻介質(zhì)填充耦合微帶線定向耦合器理想定向耦合器各端口電壓：P1P2P4P33.4耦合微帶線定向耦合器理想定向耦合器P1P2P4P3電壓耦合系數(shù)耦合度/（功率）耦合系數(shù)傳輸系數(shù)3.4耦合微帶線定向耦合器理想定向耦合器P1P2P4P3能量守恒：耦合微帶線定向耦合器是全頻段90°定向耦合器S21和S41相差90°在中心頻率處，

=90°，耦合端與輸入端同相，輸出端滯后90°3.4耦合微帶線定向耦合器理想定向耦合器P1P2P4P3弱耦合時，k<<1此時，在中心頻率上耦合最強，偏離中心頻率越遠，耦合越弱3.4耦合微帶線定向耦合器耦合微帶線定向耦合器的耦合與奇模和偶模歸一化阻抗的關(guān)系耦合度C（dB）電壓耦合系數(shù)kZce/Z0Zco/Z0耦合度C（dB）電壓耦合系數(shù)kZce/Z0Zco/Z010.89130.23984.170160.15850.85231.17320.79430.33862.954170.14130.89741.15330.70790.41352.418180.12590.88111.13540.63100.47572.102190.11220.89341.11950.56230.52931.889200.10000.90451.10660.50120.57641.735210.089130.91451.09370.44670.61841.620220.079430.92351.08380.39810.65611.542230.070790.93151.07390.35480.69011.449240.063100.93881.065100.31620.72081.387250.056230.94531.058110.28180.74851.336260.050120.95111.051120.25120.77361.293270.044670.95631.046130.00390.79631.234280.039810.96101.041140.19950.81691.224290.035480.96511.036150.17780.83551.197300.031620.96891.0323.4耦合微帶線定向耦合器耦合微帶定向耦合器設(shè)計：已知端口阻抗Z0、耦合度C/耦合系數(shù)K，求解奇偶模參數(shù)和電長度P1P2P4P3（1）令：（2）耦合系數(shù)K：（3）得：耦合微帶物理參數(shù)：基片厚度/線寬，基片材料，間距等；耦合段長度取奇偶模四分之一波長平均值3.4耦合微帶線定向耦合器實際耦合微帶定向耦合器具體問題理想隔離、理想匹配——理想方向性耦合器是建立在均勻介質(zhì)填充條件下的。Z0=ZC實現(xiàn)耦合端和輸入端同相的相位條件非均勻介質(zhì)填充耦合微帶線的影響3.4耦合微帶線定向耦合器實際微帶線由非均勻介質(zhì)填充耦合微帶線，不滿足理想隔離、理想匹配條件——理想方向性3.4耦合微帶線定向耦合器P1P2P4P3實際微帶線由非均勻介質(zhì)填充耦合微帶線，不滿足理想隔離理想匹配條件——理想方向性3.4耦合微帶線定向耦合器消除非均勻介質(zhì)填充對定向耦合器方向性影響的方法（2）采取介質(zhì)加載的方法，使電磁場完全在同一種介質(zhì)中分布。（1）采取耦合帶狀線實現(xiàn)定向耦合器加載介質(zhì)與基片材料相同，厚度為3~5h3.4耦合微帶線定向耦合器消除非均勻介質(zhì)填充對定向耦合器方性影響的方法（3）采用折線邊界耦合微帶，增加奇模耦合電容，滿足匹配和隔離條件以及相位條件C0o=C1+C2C1C2奇模電場分布比偶摸電場分布在空氣中更多，故

eo＜

ee

∴veo＞

vee增加奇模電容中C2分量，減小veo使veo→vee，達到KL→KC，滿足匹配和隔離條件以及相位條件：3.4耦合微帶線定向耦合器增加耦合度的方法（1）簡單串接，實現(xiàn)緊耦合單個耦合微帶定向耦合器可實現(xiàn)-8dB~-30dB左右的耦合，