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1、第49卷第1期Vol.49No.12009年1月TelecommunicationEngineeringJan.2009文章编号:1001-893X(2009)01-0059-043超宽带多节定向耦合器设计蓝永海(中国电子科技集团公司第三十六研究所,浙江嘉兴314001)摘要:介绍了一种简单易行的多节定向耦合器设计方法。采用平行耦合线的分析理论得到了多节定向耦合器的耦合度通用表达式,再通过耦合度带内波纹波动最小条件求解得到耦合器的设计参数。最后给出了一个设计实例,耦合器在工作带宽1～4GHz内,插损小于0.4dB,耦合度
2、带内波动小于±0.25dB,设计数据和实物测试数据具有很好的一致性。关键词:微波系统;定向耦合器;超宽带;耦合度中图分类号:TN622文献标识码:ADesignofanUltra-wideband(UWB)Multi-sectionDirectionalCouplerLANYong-hai(TheNo.36ResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyCorporation(CETC),Jiaxing314001,China)Abstract:Asimplemethodford
3、esigningmulti-sectioncouplersispresented.Themulti-sectiondirec2tionalcouplerisanalyzedbycoupledlinetheoryandthegeneralexpressionofcouplingfactorisdeduced.Thedesigndataofthecouplerisobtainedbyminimizingtheripplelevelofcouplingfactor.Finally,anex2ampleisgiven.Infre
4、quencyrangefrom1GHzto4GHz,theinsertionlossofinputportislessthan0.4dB,andtheripplelevelofcouplingfactorbetterthan±0.25dB.Themeasurementdataisconsistentwithsim2ulationresults.Keywords:microwavesystem;directionalcoupler;ultra-wideband(UWB);couplingfactor[1]器的带宽就能得到扩
5、展。1引言在多节耦合器设计中需要求解高阶切比雪夫多[2,3]项式,带宽越宽即阶数越高,其求解越困难,进在微波系统中,定向耦合器是一种用途比较广泛的微波元件,例如,信号发生器中的功率监视装置一步的研究只是降低了求解契比雪夫多项式的复杂和接收机中的混频器都要应用定向耦合器。此外,性。本文将对如何设计多节耦合器进行研究,介绍自动增益控制、平衡放大器、调相器以及反射计和微一种简单的设计方法,采用平行耦合线的分析理论波阻抗电桥等测量仪器也要应用定向耦合器。随着得到了多节定向耦合器的耦合度通用表达式,通过定向耦合器的广泛应用,对其带
6、宽提出了更高的要耦合度带内波动最小条件求解得到耦合器的设计参求。为了在较宽的频段内使得耦合系数变化小,耦数,可以用于任意带宽的多节耦合器设计。并进行合器需要采用多节形式,每节长度在中心频率为四了设计举例,设计的耦合器在工程中得到了很好的分之一波长,当每节取合适的奇模和偶模阻抗,耦合应用。3收稿日期:2008-09-23;修回日期:2008-12-17·59·第49卷第1期Vol.49No.12009年1月TelecommunicationEngineeringJan.2009式中,abs()为取模函数。2理论分析如果设计
7、的多节耦合器耦合度为C0,为了得到每节的耦合度C1,C2,⋯,CN的值,我们引入函数2f(θ)=(C-C0)N-jn2θ=
8、sinθ
9、·abs∑Cne-C0(8)n=1在工作频段内,信号对应的相移θ在a～b范围变化。对于函数f(θ)在耦合器工作频段内均匀取K图1单节耦合器+1点求和,则步长为step=(b-a)/K。K对于如图1所示的单节耦合器,端口电压之间[2]Tot(C1,C2,⋯,CN)=∑f(a+i·step)(9)有如下关系:i=0Tot的值最小时,则定向耦合器带内波动最小。jCtanθV3=V1(1)1-C2
10、+jtanθ通过求解以上函数最小值可得到C1,C2,⋯,CN的值,再用这些值得到每节耦合器设计参数,从而完成21-CV2=V1(2)设计。关于函数最小值求解,可以利用Matlab中的21-Ccosθ+jsinθ函数fminsearch(),给出一定初值就可很容易解得V4=0(3)C1,C2,⋯,CN的值。式中,θ为信
