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1、耦合器设计 微带耦合器 微带耦合器 耦合器couplers(有时 又叫混合环Hybrids) 是微波电路中常用的 无源器件，把电路元 件直接连起来即可构 成混合环，而耦合器 一般由靠得很近的传 输线构成，它们一般 有四个端口，且每一 端口为匹配负载端接 ，也就是说在给定频 率范围内，端口的反 射是很小的，反射系 数一般小于0.1。 图5-44 微波混合环与耦合器 （a）分支线混合环； （b）集总参数分支混合环； （c）平行耦合定向耦合器; (d）3dB lange耦合器 耦合器参数定义 耦合器可看成四端口网络。四个端口是输入端口、直通端口、 耦合端口与隔离端口。设P1是由匹配源馈入端口1功率，
2、P2、P3 、P4分别在端口2、3、4可得到的功率，描述该端口的网络参数 主要有四个： 耦合系数（dB） 方向性（dB） 隔离度（dB） 通过率（dB） 混合环和耦合器的性能由耦合系数、方向性以及负载特性决定 ，通常隔离端口接匹配负载。 图5-45 微带分支电桥的工作原理 AB DC /4 y01=1y02=1/R / 4 y0 = b y0 = b y0 = a1 y0 = a2 y04=1y03=1/R 对称 平面 (1)(2) (4)(3) （a） /4 /8/8 1b1/R a1a2 AB （d） /4 /8/8 1b1/R a1a2 AB （e） （b） 开路 （c） 短路 图2-4
3、6 微带双分 支定向耦合器 环形分支电桥原理 对于3dB耦合器，并联臂和串联臂的阻抗分别为Zp=Z0、 Zr=Z0/ ，Z0是输入 端和输出端特征阻抗。所以串联臂微带线导带宽度比并联臂宽，如图5-47a。 微带双分支定向耦合器也可作成圆形结构，叫做环形分支电桥，如图5-47b。 从1臂输入功率平分到左右两个分支，它们到4臂路径相差半个波长，即/2， 相位相反，故4臂没有输出，为隔离臂。从1臂到2臂、3臂功率相等，但路径 相差/4，因而有90相位差。方形分支电桥、环形分支电桥，在混频器电路 中应用甚广。 图5-47 （a）方形分支电桥；（b）圆形分支电桥 平行耦合线耦合器 平行耦合线耦合器（见
4、图5-48）具有对称性： 1、对称面上电流=0， 电压最大，相当于开路 ，称为偶对称；2、另 一种分布，对称面上电 压=0，电流最大，相当 于短路，称为奇对称。 耦合线上任何场分布都 可看成奇模与偶模场分 布的组合。基于奇、偶 模分析可得到耦合线结 构3dB定向耦合器的设 计方程，如下。 图5-48 集中电容补偿微带耦合器 平行耦合线耦合器 对于准TEM模，输入匹配条件为 以及 耦合器的耦合系数及方向性都是频率的函数 式中 下标e、o表示属于偶模even和奇模odd的量。 e、o是偶模和奇模的传播常数。 当方向性达到最佳。因此从方向性考虑，希望奇模与偶模具 有相同的相速。为此在耦合两端并联电容
5、C1、C2，并联电容对偶模不起作用，对奇模 相移有影响，其增加的相移o为 式中f0是耦合器中心频率。 图5-48 集中电容补偿微带耦合器 平面结构的螺旋耦合器、折叠线型耦合器 耦合器结构型式众多，图5-50a是平面结构的螺旋耦合 器，b是折叠线型耦合器。 （a）（b） 图5-50 （a）螺旋耦合器；（b）折叠线型耦合器 3dB交叉指lange耦合器 图5-44(d)所示3dB交叉指lange耦合器。端口1输入，端口2和3输出功率相等， 但有90相移，其特点是频带宽，设计公式为 C是电压耦合系数，R为阻抗比，Z为归一化奇模阻抗，R、Z与耦合系数C关 系见图5-49，N为导体数，一般为4，Z0e、Z0o表示偶模、奇模阻抗，Z0为端 口阻抗，当N=2， ，当N2时，这个关系不成立。 交叉指耦合器的耦合段有两个短指和长指，短指长度取工作频段内最高频率 的gh/4，而长指应为最低工作频率的gL/4。连接相应耦合指的跳线为几十m 直径的金丝或铝丝，叉指尺寸W、S由要求奇、偶模阻抗决定。 魔T
