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基于小型化微带双分支定向耦合器的设计方案

作者:时间:2013-12-05来源:网络收藏

该方案应用HFSS软件对结构进行了优化仿真设计,并制作和测量了一款工作在L波段用于海事卫星通信的样件。该样件比传统面积缩小了51%,实测结果与仿真结果吻合较好,验证了方案的可行性。

  0 引言

  近年来,通信技术取得了长足快速的发展,微波通信设备也随之发展起来。如今通信设备趋于、便携化,这对通信设备中无源器件的尺寸缩小提出更高的要求。

  定向耦合器具有简单的结构以及良好的方向性,在微波通信中得到了较为广泛的应用。定向耦合器的种类从结构上分有型、波导型和同轴型等;从耦合方式上有分支线耦合、平行耦合线耦合、小孔耦合等。传统微带形式的定向耦合器无法克服所占面积较大的缺点,因此限制了其在便携微波设备上的应用。目前,定向耦合器的已经成为了一个热门的课题。

  通过补偿电容,提高了耦合器的方向性并减小了尺寸;2通过引入多个开路枝节,实现了微带混合环的;3采用了T型等效的方法实现了小型化;4采用了主线、副线以及耦合线的鱼骨形等效实现了小型化,避免了T型等效的中心重叠问题。但3-4仅仅是理论上的仿真,并没有考虑到实际微波器件的耦合效应。

  本文基于前人的研究成果,提出了一种小型化的微带向耦合器的设计方案,有效地解决了T型等效的中心重合问题以及主线、副线以及耦合线的鱼骨形等效的耦合失真严重的问题。利用HFSS软件进行仿真优化设计,并做出了实物进行测试。

  1 定向耦合器的小型化设计

  传统微带向耦合器的结构示意图如图1所示,分支线长度及其间距均为1 4 中心相波长。其输入、输出端口的特性阻抗为Z0 ,AB段与DC段的特性阻抗为2 Z0 ,AD 段与BC 段的特性阻抗为Z0 。由于1已经给出了详尽的原理解释以及设计公式,本文将不再赘述。

  传统微带双分支定向耦合器结构示意图

  然而,传统的微带双分支定向耦合器尺寸较大,本文通过传输线的对称等效,设计了一种小型化的微带双分支定向耦合器。传统微带双分支定向耦合器分支线的等效电路示意图如图2所示。

  分支线的等效电路示意图

  由等效前后A 矩阵相等,已知θ1 = 90° ,可得:

  基于小型化微带双分支定向耦合器的设计方案

  将四段分支线进行T型等效后发现,定向耦合器中心部分发生重叠,这会产生严重的耦合现象,影响定向耦合器的性能。在考虑定向耦合器的耦合效应的前提下,对分支线AB及DC段的T型等效进行进一步等效,其等效示意图如图2(c)所示。

  同理,由A 矩阵相等得到:


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关键词: 小型化 微带 双分支定 耦合器
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