l-c双分支定向耦合器的参数优化设计与实验

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1、目录1、定向耦合器的原理22定向耦合器的设计23设计实例：34模块介绍：45、实验步骤46参考资料7L-C双分支定向耦合器的参数优化设计与实现1、定向耦合器的原理定向耦合器是一种有方向性的功率耦合元件，可用于监视功率、频率和频谱；对功率进行分配和合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；还可用来测量反射系数和功率等。定向耦合器是四端口网络结构，如图5－1所示。图5－1定向耦合器设信号输入端（port_1）的功率为P1，信号直通端（port_2）的功率为P2，信号耦合端（port_3）的功率为P3，信号隔离端（port_4）的功率为P4。在各端口均接匹配

2、负载的情况下，定义下述各项技术指标：传输系数：（5－1）耦合系数：（5－2）隔离系数：（5－3）方向系数：（5－4）它们之间的关系为：D(dB)=I(dB)-C(dB)（5－5）2定向耦合器的设计常见的定向耦合器可分成双分支型和平行线型。其设计方法说明如下：（1）双分支型此型电路根据使用元件又可分为低通L-C式、高通L-C式，如图5－2（a）（b）所示。其设计步骤如下：步骤一：确定耦合器规格。包括耦合系数C(dB)、端口阻抗ZC(Ω)和电路工作中心频率f0（Hz）。步骤二：利用下列公式计算出K、ZCS和ZCP。，，（5－6）步骤三：利用下列公式计算出所需的元件值

3、。①低通L-C式，（5－7）②高通L-C式，（5－8）步骤四：根据实测进行检验，并经微调以达到规格要求。（2）平行线型不属于设计要求，所以不做说明。3设计实例：设计一个适用于650MHz，15dB的低通L-C双分支定向耦合器（ZC=50Ω）。C=-15dB，f0＝650MHz，，4模块介绍：定向耦合器模块是根据上述原理设计而成的，它由L-C双分支定向耦合器组成。通过测试该模块的S11、S21（P1、P2端口的传输）、S31（P1、P3端口的传输）和S41（P1、P4端口的传输）值，观察定向耦合器的性能。其中S21反映了耦合器模块的传输系数；S31反映了耦合器模块

4、的耦合系数；S41反映了耦合器模块的隔离系数。理想情况下，耦合系数S31＝－15dB。该模块的性能指标如表5－1所示。表5－1耦合器模块性能指标名称适用频率范围主要特性L-C双分支定向耦合器640－660MHzS11≤－8dBS21＝－1±1dBS31＝－15±1.5dBS41≤－8dB5、实验步骤1、L-C双分支定向耦合器（P1端口）S11的测量：（1）用两条1MΩBNC连接线（黑色）分别将ZY1702B2射频训练系统主机的X、Y端子与示波器的CH1、CH2端子相连。（2）打开示波器，将其设置为XY模式（通过DISPLAY按钮设置）。将通道CH1和CH2输入设

5、置为直流耦合方式，电压刻度均为1V/Div，探头均为×1档。同时使示波器工作在正极性状态。（3）按下主机的POWER键，启动ZY1702B2射频训练系统，主机进入频率校正过程，即主机屏幕第一行显示Calibrating…。约2分钟后，听到1声报警，系统完成校正，自动进入CW1Testing状态，即主机屏幕第一行显示CW1Testing。（4）主机CW2OUT端、RF-IN端、COUNTERIN端（在主机后面）分别接1个BNC式50Ω匹配负载。（5）按下主机S11/S21键，选择S11测试功能，即主机屏幕第二行显示S11：……dB。按下主机SWEEP/CW1键，选

6、择SWEEP扫频输出模式，即主机屏幕第一行显示SWEEPTesting。（6）适当调节CH1和CH2的上下位置旋钮，使示波器屏幕出现扫频点。调整器CH2的上下位置旋钮，使扫频信号在0dB位置上。0dB线为示波器屏幕上从上至下第三条线，如图5－3所示，示波器的每一大格代表10dB。若正确操作可看到在0dB线上扫动的点。图5－30dB线(7）将耦合器模块正确插在实验箱上，注意不必打开实验箱电源，用胶木螺钉（黑色）将模块固定好。(8）用一条50Ω的BNC与SMA转接线连接主机SWEEP/CW1OUT端和耦合器模块的P1端。模块的P2、P3、P4端分别接一个50ΩSMA

7、式负载。主机COUNTERIN端、RF-IN端和CW2OUT端所接50Ω匹配负载不用取下。(9）按BAND键，选择Band3，即主机屏幕第四行显示Band3：440—680MHz。(10）按SWEEP/CW1键，选择CW1Testing，即主机屏幕第一行显示CW1Testing。按UP和DOWN键，改变点频频率，并以0dB线为基准，将主机屏幕显示数据记录在S11记录表上。UP键的步进约为5MHz，DOWN键的步进约为1MHz。(11）用一条圆滑曲线将S11记录表上的各点连接起来。按SWEEP/CW1键，选择SWEEP扫频输出模式，即主机屏幕第一行显示SWEEPT

8、esting。调节示波器