超宽带定向耦合器的设计
宽带带状线定向耦合器的设计分析
合器的小型化问题进行关注袁 并要对理想情况下的纹 波和介电常数值进行确定遥
ADS 中 的 传 输 线 计 算 工 具 是 计 算 线 宽 和 上 下 导 体 间距的重要因素遥 在宽带带状线定向耦合器的设计过 程 中 袁 上 下 导 体 之 间 的 间 距 值 可 以 被 设 置 为 0 . 254mm 遥 导 体 与 地 面 之 间 的 介 质 厚 度 可 以 被 设 置 为 0 . 762mm 遥 两 个 接 地 板 之 间 的 距 离 可 以 被 设 置 为 1 . 778mm 遥
2 定向耦合器的主要技术指标
1 宽带带状定向耦合器的设计流程
1.1 定向耦合器的设计指标
平行宽边带状耦合线结构是宽带带状线定向耦合
器中的常用结构遥 在这种结构下袁 导体与介质之间有
着较强的介质耦合效应遥 这一结构的应用袁 可以让人
.
Al们际l研应R制用i一环gh些境t耦来s 合看R度袁es更这e强一rv的设e耦备d合.的器工设作备频遥段从在耦2合- 6器GH的z
揖关键词铱宽带带状定向耦合器曰无线电电子学曰电磁仿真
0 前言
定向耦合器是应用于微波网络分析仪尧 信号发生 器中的功率装置和自动增益控制系统中的重要设备遥 它具有着结构紧凑尧 小型轻便和便于制造的优点遥 同 轴线尧矩形波导尧圆波导尧带状线和微带线是定向耦合 器的主要组成部分遥 宽带带状定向耦合器设计工作的 开展袁 可以为宽带功分器尧 毫米阻抗变换等方面的研 究工作的开展提供一定的技术支持遥
实 之
间 曰 反 射 系 数 在 - 20dB 以 内 袁 耦 合 度 为 3dB 曰 隔 离 度 在 -
20dB 以 内 曰 驻 波 比 在 1 . 2 以 内 [ 1 ] 遥
1.2 定向耦合器的设计思路
我国超宽带耦合器的设计分析
、
发展方向将是体积更小、重量更轻、工作损 耗更小、抗干扰能力更强的耦合器。目前微
波通 信 技术 还 主要 应 用于 国防军 事方 面 ，普 通 的 民用通 信 基础 设 施还 没有 完 善而 且价 格 很 高 。现在 高 端通 信 技术 比如 卫 星通 信 、雷 达测 控 等要 求 微波 耦 合器 具有 体 积小 、重 量 轻 、低 损 耗 、窄 频段 等特 点 ， 因此在 进 行微 波耦 合 器 设计 研 发工 作时 ，便 要 求耦 合器 对 微波 波段 的相位 与振幅 强度进 行精确校 正 。 由于微 波 通信 损 耗低 、精 度 高等 特 点 ， 移 动 电子 设备 也 将广 泛应 用 微波 通信 技 术 ， 因此就 要 求耦 合 器在 保证 高 性 能的 前提 下 ， 体 积 小、 重量 轻 、价 格更 加低 廉 来迎 合 工厂 车 间生产线 的生 产方式 。 ２ ． 微波 耦合器 设计研 发 伴 随着现 代 通信 技 术 的快速 发 展 ，耦合 器 设 计研 发技 术 也有 了跨 越 式 的发 展 。微 波 耦 合器 即成为 电路 网络 系统 与 网络 信 息传输 函数是两 个主 要设计 方 向。 微波 耦合 器 的 电路 系 统分 为直 接耦 合 式 和 交 叉耦 合 式两 种 。直 接耦 合 式耦 合器 采 用 直 线 型 电路连 接 形 式 ，下 图为 直接 耦合 器 电 路原 始 图 ，这 个 电路 系统 只有 一个 通 路 ，信 号电流可直接从输入端 口经单线电路到输 出 端 口；直 接 耦合 式 耦合 器 主要 有阶 梯 阻抗 变 换 耦 合器 、平行 式 耦合 线 耦合 器 、梳 状耦 合 线 式耦合 器 、交指 式耦合器 等等 。 交 叉耦 合 式微 波耦 合 器 的 电路 系 统有 多 个通 路 ， 即信 号 电流从 输 入端 口传 输 到输 出 端 口经 由 电路 具有 选择 性 ，该 耦合 器 不是 微 波信 号相 位 中 最小 的 耦合 器 ，因 此它 可 以实 现特 点 平面 的 零点 传 输 ，而且 由于它 线 路选 择 多变 性 ，可 以有 效 调剂 微波 信 号相 位 。通 过 以上 论述 不 难看 出 ，交 叉是 耦 合耦 合器 较 直接耦合式耦合器性能更佳。
高方向性超宽带定向耦合器的研究与设计
摘要摘要定向耦合器作为现代通信系统中一种举足轻重的微波/毫米波部件，其本质作用是按照一定的比例对一定频率范围内的信号进行功率分配或者功率合成，并且具有方向性。
定向耦合器从结构上看种类繁多，近几十年来，许多专家学者基于带状线、微带线、同轴线、波导均成功设计出了具有不同优势的定向耦合器。
其中带状线和微带线结构的定向耦合器具有最宽的带宽，而其中带状线定向耦合器由于工作于TEM模式，能实现比微带线定向耦合器更高的方向性。
所以，在功率要求不高的情况下，带状线定向耦合器的应用最为广泛。
定向耦合器的综合方法与相关的设计图表经过几十年来业界中各位专家学者的研究与探索，在理论层面已经较为成熟。
但是其理论公式推导过于复杂，设计图表也并不完善，只涵盖了一些典型的设计数据，无法满足当今工程上的设计需要。
当代通信系统对定向耦合器的带宽比要求不断提高，当定向耦合器的工作频率增高到微波高端甚至毫米波频段时，各个端口的输入驻波比和端口之间的隔离度性能会不断下降，甚至方向性会接近于零以至于失去定向性能。
故为了实现定向耦合器的高方向性与超宽带性能，相关的研究与改进仍不可或缺而且十分迫切。
本文在现有的理论基础上进行推广和创新研究，总结了能够满足实际工程需要的定向耦合器的各类设计方法。
分别研制了对称、非对称、切比雪夫渐变线三类定向耦合器，并就提高方向性指标提出了几种实用的改进方法，通过实测，证明了设计方法的有效性与普遍适用性。
关键词：定向耦合器，带状线，超宽带，高方向性ABSTRACTABSTRACTDirectional coupler can be considered as a kind of microwave / millimeter wave components in modern communication system, it can be used to divide or combine the power of signals within a certain frequency range according to a certain proportion, and has a direction.Directional couplers have many kinds of structures. In recent decades, many experts and scholars have successfully designed the directional couplers of different advantages based on stripline, microstrip line, coaxial line and waveguide. The directional coupler based on stripline and microstrip line has the widest bandwidth, and the stripline directional coupler can get higher directivity than the microstrip directional coupler because of working in TEM mode. Therefore, in the case of low power requirements, the stripline directional coupler is the most widely used.The synthesis method and related design chart of directional couplers have been researched and explored by experts and scholars for decades, and have been mature in theory. But its theoretical formula is too complicated and the design chart is not perfect. It can not meet the needs of engineering design because of covering only some typical design data. The requirement of bandwidth ratio of directional coupler in modern communication system is increasing. When the working frequency of the directional coupler is increased to the microwave or even the millimeter wave frequency band, the isolation and VSWR between each ports will continue to decline, and even close to zero so that the directional performance will be lost. Therefore, in order to achieve high directivity and ultra wideband performance of directional couplers, the related research and improvement are still indispensable and urgent.On the basis of the existing theory, this paper carries on the popularization and the innovation research, and summarizes all kinds of design methods of the directional coupler which can meet the needs of practical engineering. We also developed symmetric and asymmetric, Chebyshev tapered transmission line directional coupler, and improve the directivity index method is proposed to improve. Through several practical test, the validity and applicability of the design method is proved. Keywords: coupler, stripline, ultra-wideband, high-directivity目录第一章绪论 (1)1.1定向耦合器的基本概念及研究意义 (1)1.2定向耦合器的发展趋势与研究现状 (1)1.3 本文的研究目标与研究内容 (3)1.4 本论文的结构安排 (3)第二章耦合带状线的理论分析与综合方法 (5)2.1 带状线的基本结构 (5)2.2带状线的基本特性参数 (5)2.2.1传播常数、相速度、波导波长 (6)2.2.2特性阻抗 (6)2.2.3衰减常数与Q值 (8)2.2.4单模传输条件 (8)2.3耦合带状线的理论分析与设计 (9)2.3.1带状线的奇偶模特性阻抗 (9)2.3.2侧边耦合带状线的设计 (9)2.3.3宽边耦合带状线的设计 (10)2.3.4偏置耦合带状线的设计 (11)第三章定向耦合器的理论分析与综合设计 (14)3.1定向耦合器的网络分析 (14)3.2定向耦合器的技术指标 (15)3.3平行耦合线定向耦合器的分析的设计 (16)3.3.1奇偶模分析法 (16)3.3.2 TEM波耦合线定向耦合器的设计 (21)3.4定向耦合器的定向性与方向性指标 (22)3.4.1方向性的重要性 (22)3.4.2为何会有定向性 (22)3.4.3端口驻波比对方向性的影响 (22)3.4.4提高方向性的方法 (23)第四章n节对称带状线定向耦合器的综合与设计 (25)4.1引言 (25)4.2 n阶对称定向耦合器的理论分析 (25)4.3 n节对称带状线定向耦合器的设计 (28)第五章n节非对称带状线定向耦合器的综合与设计 (35)5.1 引言 (35)5.2 n阶非对称定向耦合器的理论分析 (35)第六章渐变线定向耦合器的综合与设计 (42)6.1引言 (42)6.2 渐变线定向耦合器的理论分析 (42)6.3 渐变线定向耦合器的设计 (44)6.3.1 8-40GHz-10dB定向耦合器的设计实例 (44)6.3.2 13-34GHz-20dB定向耦合器的设计实例 (46)6.3.3 0.5-20GHz-10dB定向耦合器的设计实例 (48)第七章全文总结与展望 (50)7.1 全文总结 (50)7.2 后续工作展望 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录渐变线定向耦合器综合程序 (56)攻读硕士学位期间取得的成果 (58)第一章绪论第一章绪论1.1 定向耦合器的基本概念及研究意义定向耦合器作为现代通信系统中一种举足轻重的微波/毫米波部件，其本质作用是按照一定的比例对一定频率范围内的信号进行功率分配，同时也可以用来进行功率合成。
宽带带状线定向耦合器的设计
宽带带状线定向耦合器的设计宽带带状线定向耦合器是一种重要的微波元件，在雷达、通信和电子对抗等领域有着广泛的应用。
本文将介绍宽带带状线定向耦合器的特点、设计流程和实际应用案例，帮助读者更好地了解这一重要元件。
宽频带：宽带带状线定向耦合器具有较宽的频带，可以满足不同系统的需求。
高隔离度：耦合器端口之间的隔离度较高，可以有效减少信号的交叉干扰。
低损耗：宽带带状线定向耦合器的损耗较低，可以减小信号的衰减。
结构紧凑：宽带带状线定向耦合器的结构较为紧凑，便于安装和集成。
宽带带状线定向耦合器的设计需要遵循以下步骤：确定技术指标：根据实际应用需求，确定宽带带状线定向耦合器的技术指标，如工作频率、耦合度、方向性等。
选择合适的结构：根据技术指标要求，选择适合的耦合器结构，如双孔耦合、多级耦合等。
计算耦合系数：根据选择的耦合器结构，计算出耦合系数，并优化其值以提高性能。
设计馈线部分：根据计算出的耦合系数，设计馈线部分的尺寸和形状，以确保良好的传输性能。
仿真验证：通过电磁仿真软件对设计进行验证，检查是否满足技术指标要求。
加工制作：根据仿真结果，对实物进行加工制作。
测试分析：对制作完成的宽带带状线定向耦合器进行测试分析，以确认性能是否达标。
宽带带状线定向耦合器在雷达系统中有着广泛的应用。
例如，在雷达天线上，宽带带状线定向耦合器可以被用来实现信号的接收和发射，并且可以控制信号的方向性，从而提高雷达的探测能力。
在雷达信号处理系统中，宽带带状线定向耦合器也被广泛应用于信号的采样和处理过程中，它可以有效地减少信号的交叉干扰和噪声，提高信号的纯净度和处理精度。
宽带带状线定向耦合器作为雷达、通信和电子对抗等领域的一种重要元件，其优良的性能和广泛的应用前景已经得到了人们的普遍认可。
通过合理的优化设计和加工制作，可以进一步提高宽带带状线定向耦合器的性能，满足不同系统的需求。
希望本文的介绍能对读者在研究宽带带状线定向耦合器方面提供一定的参考价值。
宽带定向耦合器的设计与应用
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摘 要 ：对耦合 线定向耦合 器进行理 论分析 ，对于对称型 ，首先求得 多节定向耦合 器的耦合度 通 用表
达 式，然后利 用二项 式 （ 最平坦 ） 响应 前 ｎ — ｌ 阶导数为零的 条件 ，计算 出各 节耦合 系数 。对 于非对 称型 ，利 用四 分之一波 长耦合 器与四分之一波 长阶梯 阻抗滤 波 器等 效 ，通过 切比雪 夫 多项式及理 查 德 变换综合 出阶梯 阻抗 滤波 器的归一化 阻抗 ，此 即为耦合 器的偶模 阻抗 ，然后 计算 出各 节耦合 系数。 实例计算比较 ４ ￣ ２ ０Ｇ Ｈ ｚ的两种耦合 器 ：二 项式响应耦合 器具有 最平 坦的带 内特性 ；与二项 式响应 相 同节数 的切比雪夫响应耦合 器具有 更 大的带 宽比。最后 用厚度 为 ０ ． ２ ５ ４ ｍｍ 的 Ｒ ｏ ｇ ｅ ｒ ｓ ５ ８ ８ ０ 微 带板制
宽带定向耦合器的设计与应用
宽带定向耦合器的设计与应用王家波;曹雪松【摘要】对耦合线定向耦合器进行理论分析,对于对称型,首先求得多节定向耦合器的耦合度通用表达式,然后利用二项式(最平坦)响应前n-1阶导数为零的条件,计算出各节耦合系数.对于非对称型,利用四分之一波长耦合器与四分之一波长阶梯阻抗滤波器等效,通过切比雪夫多项式及理查德变换综合出阶梯阻抗滤波器的归一化阻抗,此即为耦合器的偶模阻抗,然后计算出各节耦合系数.实例计算比较4～20 GHz 的两种耦合器:二项式响应耦合器具有最平坦的带内特性;与二项式响应相同节数的切比雪夫响应耦合器具有更大的带宽比.最后用厚度为0.254 mm的Rogers 5880微带板制作了6～18 GHz的两节微带线耦合器,并应用在某组件中.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2016(016)011【总页数】5页(P39-43)【关键词】二项式响应;切比雪夫响应;宽带定向耦合器【作者】王家波;曹雪松【作者单位】南京电子器件研究所,南京210016;南京电子器件研究所,南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN402定向耦合器广泛应用于微波测试仪器仪表和雷达、移动通信、卫星通信等系统之中。
常见的耦合器有波导孔耦合定向耦合器和耦合线定向耦合器。
波导耦合器为立体结构，不适用于平面电路结构；为了抑制高次模，带宽有一定限制。
耦合线定向耦合器大多采用传输纯TEM模的带状线和准TEM模的微带线，带状线耦合方式有宽边耦合、偏置耦合和窄边耦合。
为了得到更大的带宽比、更小的耦合系数变化（波纹系数），耦合器采用多节级联方式，每节长度为中心频率的四分之一波长。
本文对耦合线定向耦合器进行理论分析，得到多节定向耦合器的耦合度通用表达式，并使用Matlab、ADS软件设计仿真比较4～20 GHz具有二项式（最平坦）响应和切比雪夫（等波纹）响应的-15 dB微带平行耦合器和带状线窄边耦合耦合器，最后使用ADS和HFSS软件设计仿真并根据实际使用要求制作了6～18 GHz、-25 dB的微带线耦合器。
2～12GHz超宽带带状线定向耦合器的设计
2～12GHz超宽带带状线定向耦合器的设计徐洋;彭龙;左艳;张帅【摘要】根据带状线理论,设计了一种新型的带状线定向耦合器.通过将耦合带状线分段处理,根据每段带状线的耦合度,合理地设计每段耦合带状线的物理参数,拓宽了耦合器的工作频带.同时通过优化仿真,以补偿耦合器奇模与偶模之间相速度的差异,并抵消不连续性所带来的寄生参数的影响,从而提高定向耦合器的方向性.在设计过程中,借助Ansoft Designer软件进行初步优化仿真,最终电路版图以AutoCad格式导入到HFSS中进行进一步验证.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2016(029)005【总页数】3页(P16-18)【关键词】带状线;耦合器;超宽带【作者】徐洋;彭龙;左艳;张帅【作者单位】成都信息工程大学光电技术学院,四川成都610225;成都信息工程大学光电技术学院,四川成都610225;南京邮电大学光电工程学院,江苏南京210003;成都信息工程大学光电技术学院,四川成都610225【正文语种】中文【中图分类】TN626定向耦合器作为一种重要的微波元件在微波电路与微波集成电路中有着广泛的应用[1]。
尤其是超宽带定向耦合器已广泛应用于电子干扰及测量系统中。
其中,带状线定向耦合器除了具有结构紧凑、小型轻便、便于制造等优点外,还具有频带宽的特点[2-6]。
若应用恰当的设计原则,选择准确的设计电路,频宽易达到倍频程[7]。
在传统的带状线定向耦合器设计过程中,奇偶模之间不同的相位速度导致了较低的隔离度[8]。
本文通过优化仿真,以补偿奇偶模之间相位速度的差异,并抵消不连续性所带来的寄生参数的影响。
从而提高了定向耦合器的方向性。
在设计过程中,借助Ansoft Designer、Serenade、AutoCad、HFSS等软件进行协同仿真,设计仿真了工作频带在2～12 GHz的带状线超宽带定向耦合器。
耦合器的设计指标:工作频率为2～12 GHz;输入输出驻波VSWR<1.5;耦合度为20±1 dB;隔离度>18 dB;方向性>10 dB。
我国超宽带耦合器的设计分析
我国超宽带耦合器的设计分析【摘要】随着当前经济的不断发展，无线通信技术广泛应用于卫星精确导航、远距离无线通讯、智能测绘遥控、军事电子干扰对抗等领域。
因此为了满足日益增多的频率容量需求，便要对密集型的微波频率实行间隔高效利用，因此交叉耦合方式的高性能耦合器应运而生。
笔者将会对微波通信系统中的核心无源元件耦合器的设计研发、应用现状，发展前景进行简要概述。
【关键词】微波技术；交叉耦合；耦合器；频率资源目前高科信息化无线通信技术中应用范围较广，技术最为成熟的便是无线微波通信技术。
而耦合器是微波通信系统中主导部分，技术参数要求最高的核心无源元器件，它同样是现代高科技卫星测绘、通信、雷达精确测控的核心元件。
随着无限通线技术的日臻成熟完善，在各领域通信中得到了更为广泛的应用，但是微波波段资源有限，各种通信技术的应用使信息传播中波段频率的间隔越来越小，这就造成了在信息传输过程中波段频率出现重合概率的增大，这样便会使微波通信的准确度不可避免的下降，因此设计研发高性能微波耦合器是科研技术人员面临的重要课题。
多选性宽带耦合器、微电子可调耦合器等高性能耦合器将是今后一段时间设计研发工作的中心。
它具有线圈缠绕紧密，交叉耦合等特点，因此该耦合器与普通耦合器相比而言，体积更小，重量更轻，价格更低，精确度以及抗干扰能力更强。
一、耦合器技术1.耦合器技术应用发展因为耦合器性能高低将直接影响整个无线通信系统的通信质量，而未来微波耦合器发展方向将是体积更小、重量更轻、工作损耗更小、抗干扰能力更强的耦合器。
目前微波通信技术还主要应用于国防军事方面，普通的民用通信基础设施还没有完善而且价格很高。
现在高端通信技术比如卫星通信、雷达测控等要求微波耦合器具有体积小、重量轻、低损耗、窄频段等特点，因此在进行微波耦合器设计研发工作时，便要求耦合器对微波波段的相位与振幅强度进行精确校正。
由于微波通信损耗低、精度高等特点，移动电子设备也将广泛应用微波通信技术，因此就要求耦合器在保证高性能的前提下，体积小、重量轻、价格更加低廉来迎合工厂车间生产线的生产方式。