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微波电路与器件设计实验
宽带定向耦合器
2015年 7月 12日
目 录
1.概述? 1
2.理论依据 1
3.设计原理 2
3.1定向耦合器结构 2
3.2定向耦合器的种类 3
3.3定向耦合器中的阻抗关系 3
3.4定向耦合器中的阻抗与耦合系数的关系 3
4.设计要求 3
5.仿真原理图 3
5.1.ADS中电路拓扑结构图: 4
5.2HFSS中电路结构: 5
5.3CAD版图 5
5.4ADS仿真结果 6
5.5HFSS仿真结果 6
6.实物测试 6
6.1测试连接实物图 7
7.测试结果 8
7.1插损: 8
7.2耦合度: 9
7.3隔离度: 9
7.4驻波比: 10
1.概述?
定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件,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。主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。
2.理论依据
单节和三节定向耦合器的频响特性
1)导线1-4中有电流
2)通过耦合,在传输线2-3中引起电流、,同时由于的交变磁场作用,在线23还有电流存在。根据电磁感应定律,感应电流与的方向相反。
3)1端口输入,2端口就是耦合端口,3端口是隔离端口。
3.设计原理
3.1定向耦合器结构
2—3为辅线
1为输入端口,4为直通端口,2为耦合端口,3为隔离端口。
S41相位比S21相位落后λ/2,亦即传输臂比耦合臂信号输出要落后λ/2相位
3.2定向耦合器的种类
3.3定向耦合器中的阻抗关系
:偶模阻抗
:奇模阻抗
:为耦合段单线(存在另一线影响时)的特性阻抗
:为各个端口的负载阻抗,即标准引出线的特性阻抗
3.4定向耦合器中的阻抗与耦合系数的关系
K: 为耦合系数
4.设计要求
设计一个宽带定向耦合器
要求:频率范围:2~4GHz、耦合度:20±1dB、插损 ≤1dB、隔离度≥20dB、幅度不平度≤1dB、相位不平度≤3°、驻波≤1.5
5.仿真原理图
设计说明:
1、传统带阻滤波器设计:
用LC并联谐振电路替代串联电感;
用LC串联谐振电路替代并联电容;
用λ/4终端短路线,输入阻抗为无穷大,等效于LC并联谐振;
用λ/4终端开路线,输入阻抗为0,等效于LC串联谐振。
2、超宽阻带带阻滤波器设计:
该结构由一段加载开路传输线的反向耦合传输线和一对开路传输线并联构成。理论分析表明,通过适当设置电路参数,该滤波器可以产生多个传输零点,构成一个具有高选择性、高抑制性的宽带带阻滤波器。
5.1.ADS中电路拓扑结构图:
图5.1 原理图
5.2HFSS中电路结构:
图5.3 HFSS版图
5.3CAD版图
图5.4 CAD版图
5.4ADS仿真结果
图5.5 ADS仿真结果
5.5HFSS仿真结果
图5.6 HFSS仿真结果
6.实物测试
测试说明:拿到开回来的板子,只需要焊接四个接头就可以测试板子的实际的指标参数。检验实际的效果与仿真的效果的差别。
6.1测试连接实物图
图6.1 测试插损
图6.2 测试耦合度
图6.3 测试隔离端
7.测试结果
7.1插损:
图7.1 插损
可以看出,插损在2GHz—4GHz的范围内,最大值为0.8dB,最小值为0.4dB;而设计要求是1dB,所以插损完全满足设计要求。
7.2耦合度:
图7.2 耦合度
耦合度的测量结果是最大值19.3dB,最小值17.3dB,而设计要求是dB,所以与设计要求还差了1~2dB。
7.3隔离度:
图7.3 隔离度
隔离度测试结果显示隔离度20dB,而设计要求是,故满足设计要求。
7.4驻波比:
图7.3 驻波比
驻波比的设计要求是1.5,图中可以很明显的看出驻波比的值最大为1.27,故驻波比也满足设计要求。
结果分析:实物的测试结果与HFSS中仿真结果几乎接近,达到设计要求指标。只有耦合度的测试结果与指标相差1~2dB。
分工:
第 1 页
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