射频耦合器讲解课件

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1、学习总结一、Wilkinson功分器奇偶模分析方法Wilkinson功分器设计功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。Wilkinson功分器的结构如下图所示，其输入线和输出线的特征阻抗都是。对于功率平分的情况，输入和输出口间的分支线特性阻抗，线长为四分之一线上波长，在分支线末端跨接一个电阻R，其值为2。由微波理论可以证明，这种功分器当2、3口接匹配负载时，1口的输入无反射，反过来对2、3口也如此。由端口1输入的功率被平分到端口2和3，且2、3端口间相

2、互隔离。端口1端口2端口34Wilkinson功分器设计1、等功分情况微带功分器可以进行任意比例的功率分配，下面只考虑等功分（3dB）情况。我们在输出端分别用对称和反对称源来激励，这样可将电路归结为两个简单电路的叠加，这就是奇偶模分析技术。Wilkinson功分器1端口2端口3端口参考地(后面略去)5Wilkinson功分器设计奇--偶模理论为简化起见，将所有阻抗对特性阻抗Z0归一化，1端口以两个归一化值为2的电阻并联构成，2端口和3端口以归一化值为1的电阻构成，隔离电阻用两个r/2电阻的串联表示，这样该网络相当于中间平面是对称的。/4线具有的归一化特性

3、阻抗为z，隔离电阻具有归一化值为r；可以证明对等分功分器情况，和r=2。归一化、对称形式的Wilkinson功分器现在对电路定义两个独立的激励模式：偶模Vg2=Vg3=2，奇偶Vg2=–Vg3=2。单独分别分析，再将这两种模式叠加，其有效激励为Vg2=4，Vg3=0，由此可获得此网络的S参数。下面我们分别讨论这两种模式。6Wilkinson功分器设计（1）偶模分析对偶模激励，Vg2=Vg3=2，所以V2=V3，没有电流流过r/2电阻或端口1两根传输线入口连接处。因此，可以将网络进行对分，对分面具有开路终端，可以得出下面的偶模激励电路。这时，从2端口看进去，

4、如同一个/4变换器。因此视入阻抗为：Zin=Z2/2如果，视入阻抗为1，端口2是匹配的，全部功率将传到接在端口1的负载上，S22=0。为了求S参量S12，需要电压V1与V2的关系，它可由传输线方程求得。如让端口1处x=0，端口2处x=-/4，则线上电压可写为在端口2处看向归一化值为的传输线的反射系数为则x7Wilkinson功分器设计（2）奇模分析奇模激励时，Vg2=–Vg3=2，所以V2=–V3，在电路的中间是电压零点。因此，可以将网络进行对分，对分面具有短路终端。V1=0。向端口2看去的阻抗为r/2，若r/2=1,即r=2，则匹配2匹配，S22=0

5、,V2=。由于/4传输线在端口1处短路，所以看上去在端口2为开路点，没有功率送到端口1，S12=0。由对称性有S33=0，S13=0。(3)奇偶模相叠加这样，总结一下，我们已导出下列S参量：S22=S33=0（因两种模式激励时，端口2和3都是匹配的）；S12=S21==–j/（因互易网络的对称性）；S13=S31=–j/（因互易网络的对称性）；S23=S32=0（因对称等分面上为短路或开路）。结果意味着：端口2和端口3是匹配的、等功分特性、端口2和3之间是隔离的。8Wilkinson功分器设计设计一个频率为f0、用于50系统阻抗的等分微带功分器，并且绘

6、出回波损耗S11、插入损耗（S21=S31）和隔离度（S23=S32）与频率的关系曲线。解：由上述的推导可知，功分器中的/4传输线应具有的特性阻抗为并联电阻为R=2Z0=100在频率f0传输线长为/4。采用计算机辅设计程序，可算出S参量幅度随频率的变化。图5-40等分微带功分器的频响二、基于HFSS的环形定向耦合器设计环形定向耦合器环形定向耦合器是由周长为3/2个导波波长的闭合圆环和4根输入/输出传输线相连接而构成的，与圆环相连接的4根传输线的特征阻抗为Z0，圆环的特征阻抗为Z0，端口1到端口2、端口1到端口4、端口3到端口4之间的长度为1/4个导波

7、波长，端口2到端口3之间的长度为3/4个导波波长。当射频信号由端口1输入，端口2、端口3和端口4都接匹配负载时，输入信号功率可以等分成两部分，分别由端口2和端口4输出，端口3无信号输出，端口1和端口3彼此隔离。环形定向耦合器环形定向耦合器的散射矩阵可以表示为S=环形定向耦合器使用HFSS软件设计了一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为50Ω。环形耦合器的HFSS模型如图所示。环

8、形定向耦合器在4GHz的频率下，带状线的导波波长=49.13mm，