微波工程

7.6耦合线定向耦合器1.耦合传输线：各个传输线的电磁场的相互作用，在传输线之间可以有功率耦合2.组成：三个或则更多导体组成3.三个耦合传输线的几何形状7.6.1耦合线理论•1.假设传输的是TEM模•在右图中，代表两个条状导体之间的电容；和代表每个条状导体和地之间的电容，假设，即导体的尺寸和位置是相同的0,0zzHE12C11C22C2211CC•2.偶模：电流幅值相等，方向相同•电场关于中心线偶对称，两根带状导体之间没有电流流过，图下如，其中等效于开路，;特征阻抗12C2211CCCeepeeeCVCLCCeLZ10•3.奇模：电流的振幅相等，方向相反•电力线关于中心线奇对称，两条带状导体之间电压为零，•;特征阻抗opoocvz112112ccco7.6.2耦合线耦合器的设计oz•如图7.31，3个端口接有负载阻抗,其中端口1用的电压驱动，内阻为，输入（端口1）也是匹配的，端口4是隔离的，端口2是直通端口，端口3是耦合端口ov2oz•对于偶模：•有图7.31知道，在端口1处的输入阻抗表示为若令端口1处偶模的输入阻抗是•奇模的输入阻抗是则eeeeeeeeVVVVIIII24312431,,和oeoeinIIVVIVz111111einzoinztantantantan000jzjzzzjzzjzzzzoooinooeoeooeein•通过分压原理可知：•把这些结果待入001001001001ZZVIZZVIZZZVVZZZVVeineoinoeineineoinoinooeoeinIIVVIVz111111•化简结果可得：•现在令•则tantantantan000jzjzzzjzzjzzzzoooinooeoeooeeinoeoeinIIVVIVZ111111•可以化简为：•所以•可以得到•若满足•通过分压有•端口3的电压•由•可得03VVtantantantan000jzjzzzjzzjzzzzoooinooeoeooeein定义c为可得同样可得•耦合端口与直通端口与频率的关系曲线•当2时，耦合器长度为202031,CjVVCVV4CCZZCCZZoooe11,11007.6.3多节耦合线耦合器的设计1C•1.原因：带宽受限•2.特点：一般多节耦合线耦合器的节数是奇数•对于的单个耦合器，•可以得到jjejCCVVejCjjCjCjCVVsincos11sintan1tantan1tan22122132jVVCVV1213,当时，2121...3cos1cossin2....,sin.....sinsin21313121121212113NMCNCNCejVVCCCCnCeVejCeVejCVejCVMNNNnNjjNjjj则节的电压耦合系数。若是第•对于右图：7.7Lange耦合器•产生原因：普通的耦合器耦合太松了。•解决办法：提高边缘耦合线，（一种方法是用几根彼此平行的线）•优点：a:容易达到3dB耦合比•b:有一个倍频或者更宽的带宽•c:有助于补偿偶模和奇模的不相•等，还提高了带宽•d:输出线（端口2和端口3）之间有•90°相位差（说明一下：Lange耦合线•是正交混合网络的一种）缺点：不实用，线太窄，连接线之间的加工是空难•Lange耦合器•电路图实际电路展开电路4线模型的有效电容对于偶模激励，对于奇模激励特征阻抗441epecvZ特征阻抗4041opcvZ4线模型中一个分离对偶模电容奇模电容用2线耦合线表示4线传输线的偶模和奇模电容：•又利用•导出阻抗：特征阻抗电压耦合因数•偶模和奇模特征阻抗7.8180°混合网络•理想3dB的180°混合网络的散射矩阵180°混合节符号•180度混合网络的几种形式：7.8.1环形混合网络的偶-奇模分析在物理结构的对称面上进行分解•环形网络的散色波振幅•利用ABCD矩阵计算可得160p利用表4.2（）则•结论：1口匹配，4口隔离，2、3口功率等分且同相7.8.2渐变耦合线混合网络偶-奇模分析•优点：a:可提供任意功9999999率分配比•b:更大的带宽是耦合因子其中kkzLzkzLzLzzzzzoeooe0,,00,0000000组成：耦合器有两根长度在0zL且有渐变阻抗的耦合线组成理论分析：•耦合线和无耦合线的连接处（Z=L），•渐变线的偶模和奇模的反射系数：kkkZZkZZkkkZZkZZooe11110000000•端口2和端口4的散射参量叠加后：jeeekkss20240441121021244222,0sssz=0,反射系数为：由于对称性：jjeekkekk2021111计算进入端口1和端口3传输系数：偶模，变压器ABCD矩阵：kk100•奇模，变压器ABCD矩阵：kk001joeekk212偶模和奇模传输系数：•又由于12200kkDCZZBA02112210142034ejesekks计算S参量端口4到端口3的电压因数是1234kks•由于122234224ssjjeekkekk2021111可知功率守恒端口1偶模和奇模反射系数：jes200000000•s参量：7.8.3波导魔T•定性解释工作原理7.9其他耦合器•1.Moreno正交波导耦合器•2.Schwinger反相耦合器•3.Riblet短缝耦合器•4.对称渐变耦合线耦合器•5.平面线上有空的耦合器