micro微带线分支线定向耦合器.doc

实验设计仿真微带线分支线定向耦合器
实验目的：
掌握微带分支线定向耦合器的设计方法；
掌握用VOLTAIRE进行仿真；
实验原理：
在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G、H和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。
λg/4

H
(1)11(4)

GG

AA1λg2/4

(2)11(3)
H

当功率由（1）臂输入时，（3）、（4）两臂有输出；理想情况下，（2）臂无功率输出，故（2）臂是隔离臂，（3）、（4）两臂的输出可按一定的比例分配，若（3）、（4）两臂的输出功率相同，都等于输入功率的一半，则成为3dB定向耦合器或3dB分支电桥。
利用奇偶模分析法，将上述电路在中心线A－A1处切开，此时可将两条线（1）－（4）及（2）－（3）从A－A1面分开来考虑，这样将四端口网络转换为二端口网络，上下是对称的。所以利用各端口理想的匹配及（1）、（2）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：

其中C称为定向耦合器的耦合度，u1、u3、u4分别为（1）口输入电压和（3）、（4）口输出电压，可见（3）口和（4）口的输出电压相位差90度，对与3dB定向耦合器（C＝3dB）代入上式得：

实验要求：
设计3dB微带分支定向耦合器
已知条件：微带线介质基片厚度h=1mm，εr＝9.6，中心频率f0＝3GHz，输入输出端口的通信的阻抗为50欧姆。
指标要求：
根据所给的已知条件计算出各段微带线的宽度和长度，画出电路原理图
对电路原理图进行仿真并对各线段调谐，达到指标如下：
当频偏臂f/f0=1.06(即频率范围2.8～3.2GHz)时：
在中心频率处耦合度（S31模值）为2.9～3.1dB
输入驻波比，方向性或隔离度（即S21的模值）17.5dB，两臂的不平衡度（即S31与S41的模值dB差）0.26dB。
四．设计思路：
1．参数设定：
G＝1所以Z＝50

所以宽度为1.0302
H=1.414所以Z＝70.7类似方法求出宽度1.939
电路图：

2．调谐电路
这次实验中的数据指标要求比较多，所以我采用优化来精确定位。
设计三个优化目标
输入驻波比

方向性或隔离度（即S21的模值）17.5dB

（即S31与S41的模值dB差）0.26dB

输出方程设定：

将TL2和TL7设定为可调谐的

3．输出波形

将S31和S41放大观察：

将S31－S21的差cha用图形表示，可以看出在2.8到3.2频段内都满足<0.26dB