微波基础 微带定向耦合器设计

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1、2013-2014学年第一学期学生报告□学生作业□实验报告□课程设计报告□学习心得报告课程名称：电磁理论，计算与应用教学班号：05811101份数：1授课教师：吕昕、吴昱明本科实验报告实验名称：平行耦合微带线定向耦合器设计课程名称：电磁理论计算与应用实验时间：2013.12任课教师：吕昕实验地点：宿舍，教室实验教师：吴昱明实验类型：□原理验证□综合设计□自主创新学生姓名：高畅学号/班级：1120111445/05811101组号：学院：信息与电子学院同组搭档：专业：信息工程本硕博成绩：平行耦合微带线定向耦合器一、实验目的1.掌握微带定向耦合器

2、的工作原理、用途。定向耦合器各端口电压驻波比或者回波损耗，传输损耗、耦合度、隔离度等基本概念。2.熟悉微波设计两大软件，ADS,HFSS的使用二、实验内容用矢量网络分析仪测试定向耦合器在一定频率范围内的各端口S参数。三、基本原理定向耦合器又称为方向耦合器，因为这种器件的输入和输出信号之间除了幅度关系外，还有一定的方向性关系，在微波集成电路中往往将侧边耦合的传输线型耦合器叫做定向耦合器。可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线

3、都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。耦合口隔离口输入口直通口图1本实验采用的设计模型是耦合微带线定向耦合器模型，结构如图1所示，如果信号功率自端口1输入，则端口2为直接输出端口，端口3为耦合输出端口，端口4是隔离端口，理想状态下此端口应该没有功率输出。此种定向耦合器由于耦合输出功率的传递方向和输入功率传输方向相反。耦合器的几个重要指标是耦合度C、方向性D（或者隔离度I），输入端电压驻波比和工作带宽等，定义分别为：1、耦合度耦合度C定义为输

4、入端口的输入功率P1和耦合端口P3之比的分贝数，耦合度C表示为：耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度为0dB~10dB的定向耦合器称为强耦合定向耦合器，把耦合度为10dB~20dB的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。2、隔离度隔离度I定义为输入端口的输入功率P1和隔离窗口的输出功率P4之比的分贝数，隔离度I表示为：理想状态下，隔离度为无穷大。3、定向性D在理想情况下，隔离端口应没有输出功率，但由于设计公式及制作精度的限制，使隔离端口有一些功率输出。通常采用耦合端口与隔离端口输出功率之比

5、的分贝数来表示定向耦合器的定向性，定向性D表示为：隔离端口输出越小，定向性越好，在理想情况下，,定向性D无穷大，实际使用中常对定向性提出一个最小值。4、输出驻波比定向耦合器除输入端口外，其余各端口均接上匹配负载时，输入端的驻波比为定向耦合器的驶入驻波比。输入驻波比为：5、工作频带宽度满足定向耦合器技术指标的频率范围，为工作频带宽度，简称为工作带宽。四、技术指标要求1.中心频率选为3.7GHz，工作频带宽度为200MHz；2.耦合度为10dB;3.在3.6GHz—3.8GHz范围内，方向性D的取值大于25dB;4.在3.6GHz—3.8GHz范

6、围内，插入损耗小于0.5dB;5.在3.6GHz—3.8GHz范围内，端口驻波比小于2。五、设计步骤1.参数指标的计算。由各参数指标公式算得：s11≤-10dBs22≤-10dBs33≤-10dBs21≥-0.5dBs31=-10dBs41≤-15dB2.利用ADS进行粗略的仿真，优化。（1）在原理图Schematic文件上，选择【Tools】>【LineCalc】>【StartLineCalc】命令，在【LineCalc】计算窗口，在已知传输线的特性阻抗和相移的前提下，可以计算出微带线的宽度和长度。在【LineCalc】计算窗口选择如下。T

7、ype选择为MLIN，意为计算微带线。Er=4.2，表示微带线基板的相对介电常数为2.65。Mur=1，表示微带线的相对磁导率为1。H=0.8mm，表示微带基板的厚度为0.8mm。Hu=1.0e+033mm，表示微带线的封装高度为1.0e+033mm。T=0.035mm，表示微带线的导体层厚度为0.035mm。Cond=4.1E+7，表示微带线的电导率为5.8E+7。TanD=0.0003，表示微带线的损耗角正切为0.0003。Rough=0mm，表示微带线的表面粗糙度为0mm。Freq=3.7GHz，表示计算时采用频率3.7GHz。Z0=5

8、0Ohm，表示计算时特性阻抗采用50欧姆。E_Eff=90deg,表示计算时微带线的长度时，采用90度相移。上述设置完成后，单击【LineCalc】窗口中的【Syn