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如果分支线耦合器的各个端口接匹配负载,信号从1口输入,4口没有输出,为隔离端,2口和3口的相位差为90°,功率大小由主线和支线的阻抗决定。 6.4.2 分支线型定向耦合器设计 分支线型定向耦合器的设计步骤如下: 步骤一: 确定耦合器指标,包括耦合系数C(dB)、 各端口的特性阻抗Z0（Ω）、中心频率fc、基板参数（εr,h）。 步骤二: 利用下列公式计算出支线和主线的归一化导纳a和b: 步骤三: 计算特性阻抗Za和Zb, 以及相应的波导波长。 步骤四: 用软件计算微带实际尺寸。 6.4.3 分支线型定向耦合器设计实例 设计3 dB分支线耦合器,负载为50Ω,中心频率为 5 GHz,基板参数为εr＝9.6,h=0.8mm。 步骤一: 确定耦合器指标(略)。 步骤二: 计算归一化导纳: b= , a=1 步骤三: 计算特性阻抗： 步骤四: 计算微带实际尺寸: 支线 50 ΩW=0.83 mm, L=6.02mm 主线 35.3ΩW=1.36 mm, L=5.84 mm 6.5 环形桥定向耦合器 混合环又称环形桥,结构如图 6-11(a)所示。它的功能与分支线耦合器相似,不同的是两个输出端口的相位差为180°。当信号从端口1输入时,端口4是隔离端,端口2和端口3功率按一定比例反相输出,也就是相位差为180°。当信号从端口4输入时,端口1是隔离端,端口3和端口2功率按一定比例反相输出。同样地,端口2和端口3也是隔离的,无论从哪个口输入信号,仅在端口1和端口4比例反相输出。 图 6-11 微带环形桥与波导魔T 用波程相移理解这个原理比较简单： 当信号从端口1输入时,到端口2为90°,到端口3为270°,故端口3比端口2滞后180°。端口1的信号经端口2到达端口4为180°,经端口3到达端口4为360°,两路信号性质相反,在端口4抵消形成隔离端。 理论上,环形桥的两个输出口的功率比值可以是任意的,实际中,各个环段上的阻抗不宜相差太大,阻抗差别过大难于实现。工程中,常用的环形桥两个输出口是等功率的。 等功率输出环形桥与波导魔T如图6-11(b)所示,两者有相同的性质,故环形桥又称魔T。其用途与分支线相同,频带和隔离特性比分支线更好。由于隔离口夹在两个输出口之间,输出信号要跨过隔离端,实现微波电子线路不如分支线方便。 合环的设计关键就是按照分配比计算阻抗值和长度。对于等分环形桥,有 Z1=Z2= Z0 每个端口之间的距离为λg/4或3λg/4。 24GHz混频器 第6章 定向耦合器 第6章 定向耦合器 6.1 定向耦合器的基本原理 6.2 集总参数定向耦合器 6.3 耦合微带定向耦合器 6.4 分支线型定向耦合器 6.5 环形桥定向耦合器 6.1 定向耦合器的基本原理 6.1.1 定向耦合器的技术指标 定向耦合器的技术指标包括频率范围、 插入损耗、 耦合度、 方向性、 隔离度等。 (1) 工作频带: 定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关系,也就是说与频率有关。工作频带确定后才能设计满足指标的定向耦合器。 (2) 插入损耗： 主路输出端和主路输入端的功率比值,包括耦合损耗和导体介质的热损耗。 (3) 耦合度: 描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系,通常用分贝表示,dB值越大,耦合端口输出功率越小。耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。 (4) 方向性: 描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关系。理想情况下,方向性为无限大。 (5) 隔离度: 描述主路输入端口与耦合支路隔离端口的比例关系。理想情况下,隔离度为无限大。 ? 描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关系,即方向性＝耦合度-隔离度。 6.1.2 定向耦合器的原理 ? 定向耦合器是个四端口网络结构,如图6-1所示。 图 6-1 定向耦合器方框图 信号输入端1的功率为P1,信号传输端2的功率为P2,信号耦合端3的功率为P3,信号隔离端4的功率为P4。若P1、P2、 P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示,定向耦合器的四大参数则可定义为： 插入损耗 6.2 集总参数定向耦合器 6.2.1 集总参数定向耦合器设计方法 常用的集总参数定向耦合器是电感和电容组成的分支线耦合器。其基本结构有两种： 低通L-C式和高通L-C式,如图6-2所示。 图 6-2 L-C分支线型耦合器 (a) 低
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