第六章+定向耦合器

1、RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw第第6 6章章 混合接头与耦合器混合接头与耦合器 6.1 6.1 引言引言6.2 6.2 集总参数定向耦合器集总参数定向耦合器6.3 6.3 分支线定向耦合器分支线定向耦合器 6.4 6.4 耦合线定向耦合器耦合线定向耦合器6.5 6.5 环形桥定向耦合器环形桥定向耦合器6.6 6.6 孔定向耦合器孔定向耦合器RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.1 6.1 引言引言6.1.1 6.1.1 混合接头与耦合器的技术指标混合接头与耦合器的技术指标 包

2、括频率范围、包括频率范围、 插入损耗、插入损耗、 耦合度、耦合度、 方向方向性、性、 隔离度、幅度平衡度、相位一致性等。隔离度、幅度平衡度、相位一致性等。(1) (1) 工作频带工作频带: : 定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关系系, ,也就是说与频率有关。也就是说与频率有关。(2) (2) 插入损耗：插入损耗： 主路输出端和主路输入端的功率比值主路输出端和主路输入端的功率比值, ,包括耦包括耦合损耗和导体介质的热损耗。合损耗和导体介质的热损耗。 RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw(3) (

3、3) 耦合度耦合度: : 描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系, ,通常用分贝表示通常用分贝表示,dB,dB值越大值越大, ,耦合端口输出功率越小。耦合端口输出功率越小。耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。(4) (4) 方向性方向性: : 描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关系。理想情况下系。理想情况下, ,方向性为无限大。方向性为无限大。(5) (5) 隔离度隔离度: : 描述主路输入端口与耦合支路隔离端口的比例关描述主路输入端口与耦合支路隔离端口的比例关系。理想

4、情况下系。理想情况下, ,隔离度为无限大。隔离度为无限大。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.1.2 6.1.2 混合接头与耦合器的原理混合接头与耦合器的原理 以四端口网络结构为例以四端口网络结构为例 描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关系系, ,即方向性隔离度即方向性隔离度- -耦合度。耦合度。图图 6-1 6-1 耦合器方框图耦合器方框图定 向 耦 合 器2P23P31P14P4RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw定向耦合器的参数则

5、可定义为：定向耦合器的参数则可定义为：)()(1lg101lg10lg10)(1lg10lg10)(1lg10lg10)(1lg10lg10)(23124143241142311322112dBCdBISSPPdBDSPPdBISPPdBCSPPdBT插入损耗插入损耗方向性方向性耦合度耦合度隔离度隔离度RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.2 6.2 集总参数定向耦合器集总参数定向耦合器6.2.1 6.2.1 集总参数定向耦合器设计方法集总参数定向耦合器设计方法 常用的集总参数定向耦合器是电感和电容组成常用的集总参数定向耦合器是电感和电

6、容组成的分支线耦合器。其基本结构有两种：的分支线耦合器。其基本结构有两种： 低通低通L-CL-C式式和高通和高通L-CL-C式。式。 图图 6-2 L-C6-2 L-C分支线型耦合器分支线型耦合器(a) (a) 低通式；低通式； (b) (b) 高通式高通式 CpLsP1P4LsCpP2P3(a)LpCsP1P4CsLpP2P3(b)Z0Z014231423RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw集总参数定向耦合器的设计步骤：集总参数定向耦合器的设计步骤： 步骤一步骤一: : 确定耦合器的指标确定耦合器的指标, ,包括耦合系数包括耦合系数C(

7、dB)C(dB)、 端口的等效阻抗端口的等效阻抗Z Z0 0（）、电路的工作频率）、电路的工作频率f fc c。 步骤二：利用公式计算出步骤二：利用公式计算出k k、Z Z0s0s及及Z Z0p0p: :kkZZkZZkpsc1110000010/RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 步骤三步骤三: : 利用下列公式计算出元件值利用下列公式计算出元件值: : （1 1） 低通低通L-CL-C式式: :（2 2） 高通高通L-CL-C式式: : pcpcssZfCfZL00212cppscsfZLZfC22100 步骤四步骤四: : 利用模

8、拟软件检验利用模拟软件检验, ,再微调。再微调。 RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 6.2.2 6.2.2 集总参数定向耦合器设计实例集总参数定向耦合器设计实例 设计一个工作频率为设计一个工作频率为400 MHz400 MHz的的10 dB10 dB低通低通L-CL-C支支路型耦合器。路型耦合器。Z Z0 0=50 ,=50 ,要求要求S S1111-13dB, S-13dB, S2121-2 dB, -2 dB, S S3131-13 dB,S-13 dB,S4141-10 dB-10 dB。 步骤一步骤一: : 确定耦合器的指标确

9、定耦合器的指标,C=-10dB,f,C=-10dB,fc c=400MHz, =400MHz, Z Z0 0=50 =50 。 步骤二步骤二: : 计算计算K K、Z Z0s0s、 Z Z0p0p：RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 步骤三步骤三: : 利用下列公式计算元件值：利用下列公式计算元件值：nHfZLpFZfCcpsc68.56259. 8210201/100000100.1147.431150CspkZZkkZZkRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw图图 6-36-3低

10、通低通L-CL-C支路型耦合器等效电路支路型耦合器等效电路步骤四步骤四: : 仿真计算。仿真计算。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw图图 6-4 6-4 低通低通L-CL-C支路型耦合器仿真结果支路型耦合器仿真结果RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.3 6.3 分支线型定向耦合器分支线型定向耦合器6.3.1 6.3.1 分支线型定向耦合器原理分支线型定向耦合器原理如图示如图示, ,各条支线在中心频率上是四分之一波各条支线在中心频率上是四分之一波导波长导波长, ,由于微带的波导波

11、长还与阻抗有关由于微带的波导波长还与阻抗有关, ,故图中故图中支线与主线的长度不等支线与主线的长度不等, ,阻抗越大阻抗越大, , 尺寸越长。尺寸越长。图图 6-56-5分支线耦合器分支线耦合器Zs2Z0Zp3串 联 臂并 联 臂144pg4sgRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw如果分支线耦合器的各个端口接匹配负载如果分支线耦合器的各个端口接匹配负载, ,信号信号从从1 1口输入口输入,4,4口没有输出口没有输出, ,为隔离端为隔离端,2,2口和口和3 3口的相位口的相位差为差为9090, ,功率大小由主线和支线的阻抗决定。功率大小由主

12、线和支线的阻抗决定。6.3.2 6.3.2 分支线型定向耦合器设计分支线型定向耦合器设计设计步骤设计步骤: :步骤一步骤一: : 确定耦合系数确定耦合系数C(dB)C(dB)、 各端口的特性各端口的特性阻抗阻抗Z Z0 0（）、中心频率）、中心频率f fc c、基板参数（、基板参数（r r,h,h）。）。步骤二步骤二: : 计算支线和主线的归一化导纳计算支线和主线的归一化导纳a a和和b:b: RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 步骤三步骤三: : 计算特性阻抗计算特性阻抗Z Za a和和Z Zb b和相应的波导波长。和相应的波导波长。

13、 步骤四步骤四: : 用软件计算微带实际尺寸。用软件计算微带实际尺寸。6.3.3 6.3.3 分支线型定向耦合器设计实例分支线型定向耦合器设计实例 设计设计3dB3dB分支线耦合器分支线耦合器, ,负载为负载为50,50,中心频率为中心频率为 5GHz,5GHz,基板参数为基板参数为r r9.6,h=0.8mm9.6,h=0.8mm。 步骤一步骤一: : 确定耦合器指标。确定耦合器指标。 步骤二步骤二: : 计算归一化导纳计算归一化导纳: :b= , a=1b= , a=1 22211lg20babbC2RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&m

14、w步骤三步骤三: : 计算特性阻抗：计算特性阻抗： 步骤四步骤四: : 计算微带实际尺寸计算微带实际尺寸: : 支线支线 50 W=0.83 mm, L=6.02mm50 W=0.83 mm, L=6.02mm 主线主线 35.3 W=1.36 mm, L=5.84 mm 35.3 W=1.36 mm, L=5.84 mm 0011501135.3aabbZYaYZYbYRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.3.4 6.3.4 如何直接写出其如何直接写出其S S矩阵（矩阵（3dB3dB）？）？6.3.5 6.3.5 如何由奇偶模分析法验

15、证其如何由奇偶模分析法验证其S S矩阵？矩阵？RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mwRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw12342222eoeoeoeoTTBBTTBB 0eABCDABCD 100/2101111/20eABjjCDjjjj 21(1)2eTjABCD对于偶模，对于偶模，RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw12340/21/20BBjBB 0o 11oABjCDj1(1)2oTj对于奇模，对于奇模，奇偶模叠加，得

16、奇偶模叠加，得RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 当频率在中心频率附近变化当频率在中心频率附近变化10%10%时，相差也改变时，相差也改变50，由于超出带宽，由于超出带宽10%10%外的隔离度不能接受，其有用外的隔离度不能接受，其有用带宽限制在带宽限制在10%10%，理论上能设计成，理论上能设计成3 39dB的耦合度。的耦合度。Zs2Z0Zp3串联臂并联臂144pg4sga a2 2a a1 1b bRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw接上页接上页R10.750.51/3k0.70

17、70.6140.5b1.4141.612a11111a211.3423分支线定向耦合器分支线定向耦合器/1021121101CkbkaabkaR 1 /66RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw分支线耦合器可增加节数以拓展带宽分支线耦合器可增加节数以拓展带宽RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw尺寸压缩的准集中式分支线耦合器尺寸压缩的准集中式分支线耦合器00ccjZABjCDZ1sin()coscbcZZCZcossin1010sin11cosbbjZABjj Cj CCDZRF&

18、;MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw取取 的结果的结果0ZZ可提供更宽的带宽，但需接地点可提供更宽的带宽，但需接地点RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw分支线耦合分支线耦合器的另一类器的另一类型：圆形分型：圆形分支线耦合器支线耦合器RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.4 6.4 耦合线定向耦合器耦合线定向耦合器6.4.1 6.4.1 平行耦合线耦合器基本原理平行耦合线耦合器基本原理 通常通常, ,它由主线和辅线构成它由主线和辅线构成,

19、,两条平行微带的长度两条平行微带的长度为四分之一波长。信号由为四分之一波长。信号由1 1口输入口输入,2,2口输出口输出,4,4口是耦合口是耦合口口,3,3口是隔离端口。口是隔离端口。 RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 因在辅线上耦合输出的方向与主线上波传播的方向因在辅线上耦合输出的方向与主线上波传播的方向相反相反, ,它也被称为它也被称为“反向定向耦合器反向定向耦合器”。当导线。当导线1212中中有交变电流有交变电流i i1 1流过的时候流过的时候, ,由于由于4343线和线和1212线相互靠线相互靠近近,43,43线中耦合有能量线

20、中耦合有能量, ,能量既通过电场（以耦合电容能量既通过电场（以耦合电容表示）又通过磁场（以耦合电感表示）耦合。通过耦合表示）又通过磁场（以耦合电感表示）耦合。通过耦合电容电容m m的耦合的耦合, ,在传输线在传输线4343中引起的电流为中引起的电流为i ic4c4和和i ic3c3。 RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw图图 6-66-6平行线型耦合器平行线型耦合器14ic4Cmi1iL23ic3图图6-7 6-7 耦合线方向性的解释耦合线方向性的解释RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&

21、mw 同时由于同时由于i i1 1的交变磁场的作用的交变磁场的作用, ,在线在线4343上感应有上感应有电流电流i iL L。 根据电磁感应定律根据电磁感应定律, ,感应电流感应电流i iL L的方向与的方向与i i1 1的方向的方向相反相反, , 所以能量从所以能量从1 1口输入口输入, , 耦合口就是耦合口就是4 4口。而在口。而在3 3口口因为电耦合电流的因为电耦合电流的i ic3c3与磁耦合电流与磁耦合电流i iL L的相位相反而叠的相位相反而叠加抵消加抵消, ,故故3 3口是隔离口。口是隔离口。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&m

22、w6.4.2 6.4.2 平行耦合线耦合器设计方法平行耦合线耦合器设计方法 平行线耦合定向耦合器的设计步骤平行线耦合定向耦合器的设计步骤: : 步骤一步骤一: : 确定耦合系数确定耦合系数C(dB)C(dB)、 各端口的特性阻各端口的特性阻抗抗Z Z0 0（）、中心频率）、中心频率f fc c、基板参数（、基板参数（r r,h,h）。）。 步骤二：计算奇模阻抗和偶模阻抗步骤二：计算奇模阻抗和偶模阻抗Z Z0e0e和和Z Z0o0o。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw步骤三步骤三: : 依据基板参数（依据基板参数（r r, h, h）,

23、,利用软件利用软件ADSADS计算微带耦合线的宽度及间距（计算微带耦合线的宽度及间距（W, SW, S）和四分）和四分之一波长的长度（之一波长的长度（P P）。）。步骤四步骤四: : 利用模拟软件检验利用模拟软件检验, ,再微调。再微调。 00000014001111()eoeoeoCZZCCZZCZZCSZZRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.4.3 6.4.3 平行耦合线耦合器设计实例平行耦合线耦合器设计实例 设计一个工作频率为设计一个工作频率为750 MHz750 MHz的的10dB10dB平行线型平行线型耦合器耦合器(Z(Z0

24、 0=50 )=50 )。 步骤一步骤一: : 确定确定, ,包括包括C=-10dB,fC=-10dB,fc c=750MHz, FR4=750MHz, FR4基基板参数板参数r r=4.5, h=1.6 mm=4.5, h=1.6 mm，tan=0.015tan=0.015，材料为，材料为铜铜(1 mil)(1 mil)。 步骤二步骤二: : 计算奇偶模阻抗：计算奇偶模阻抗：04.3610110137.6910110120/20/0020/20/00CCoCCeZZZZRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw步骤三步骤三: : 建立图示电路

25、拓扑建立图示电路拓扑, , 计算得计算得W=2.38mm,S=0.31mm, W=2.38mm,S=0.31mm, P=57.16mm,P=57.16mm,且且5050微带线宽度微带线宽度W W5050=2.92mm=2.92mm。图图 6-8 6-8 平行线型耦合器电路图平行线型耦合器电路图RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw仿真结果如图示。仿真结果如图示。图图 6-96-9平行线型耦合器仿真结果平行线型耦合器仿真结果0. 60. 70. 80. 90. 51. 0-30-20-10-400f req, G H zdB(S(1, 1)R

26、 eadoutm 4dB(S(2, 1)R eadoutm 1dB(S(3, 1)R eadoutm 3dB(S(4, 1)R eadoutm 2m 1f req=dB(S(2, 1)=-0. 629750. 0M H zm 2f req=dB(S(4, 1)=-10. 147750. 0M H zm 3f req=dB(S(3, 1)=-24. 785750. 0M H zm 4f req=dB(S(1, 1)=-34. 557750. 0M H zRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 在上述平行耦合线定向耦合器的基础上在上述平行耦合线

27、定向耦合器的基础上, ,可可以得到各种变形结构。结构越复杂以得到各种变形结构。结构越复杂, ,计算越困难。计算越困难。在正确概念的指导下在正确概念的指导下, ,实验仍然是这类电路设计实验仍然是这类电路设计的有效方法。的有效方法。 图图 6-10 6-10 耦合线的变形（多节，改善频率特性）耦合线的变形（多节，改善频率特性）(a)1423K1234KRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 宽频带的多节耦合器，可以制作成关于中央宽频带的多节耦合器，可以制作成关于中央节对称的，也可制作成不对称的。节对称的，也可制作成不对称的。RF&MW成

28、都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 宽频带的多节耦合器，当节数足够多，可变宽频带的多节耦合器，当节数足够多，可变形成锯齿型形成锯齿型RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mwLangeLange耦合器，也称交指耦合器，左为四指耦合，右耦合器，也称交指耦合器，左为四指耦合，右为其展开型，使线两边的杂散场对耦合也有贡献，实为其展开型，使线两边的杂散场对耦合也有贡献，实现紧耦合。这样容易达到现紧耦合。这样容易达到3dB3dB耦合，并有一个倍频程耦合，并有一个倍频程或更宽的带宽。或更宽的带宽。图图 6-106-10

29、耦合线的变形（增大耦合度，紧耦合）耦合线的变形（增大耦合度，紧耦合）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 平行耦合有窄边平行耦合有窄边耦合和宽边耦合形耦合和宽边耦合形式，其特性可由偶式，其特性可由偶模和奇模的适当线模和奇模的适当线性组合实现。一般性组合实现。一般带状线耦合为带状线耦合为TEMTEM波，波，微带线为准微带线为准TEMTEM波。波。图图 6-106-10耦合线的变耦合线的变形（微带线的宽边形（微带线的宽边耦合与窄边耦合）耦合与窄边耦合）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw

30、SW上 置 导 体hhWWrr耦 合 微 带接 地 板lW基 片覆 盖 介 质上 置 导 体微 带图图 6-106-10耦合线的变形（高方向性）耦合线的变形（高方向性）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mwZ0Z013zlZ0)()(0oe00zZzZZ24Z0Z0Z0图图 6-106-10耦合线的变形（拓展带宽）耦合线的变形（拓展带宽）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.5 6.5 环形桥定向耦合器环形桥定向耦合器 混合环又称环形桥混合环又称环形桥, , 两个输出端口相差两个输出

31、端口相差180180。也称为鼠笼式混合接头，匹配也称为鼠笼式混合接头，匹配T T型混合接头（魔型混合接头（魔T T）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 用波程相移解释：当信号从端口用波程相移解释：当信号从端口1 1输入时输入时, ,到端口到端口2 2为为9090, ,到端口到端口3 3为为270270, ,故端口故端口3 3比端口比端口2 2滞后滞后180180。端口端口1 1的信号经端口的信号经端口2 2到达端口到达端口4 4为为180180, ,经端口经端口3 3到达到达端口端口4 4为为360360, ,两路信号相位相反两路信号相

32、位相反, ,在端口在端口4 4抵消形成隔抵消形成隔离端。离端。 理论上理论上, ,环形桥的两个输出口的功率比值可以是任环形桥的两个输出口的功率比值可以是任意的意的, ,实际中实际中, ,各个环段上的阻抗不宜相差太大各个环段上的阻抗不宜相差太大, , 差别差别过大难于实现。工程中过大难于实现。工程中, , 两个输出口多是等功率的。两个输出口多是等功率的。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 等功率输出环形桥的用途与分支线相同等功率输出环形桥的用途与分支线相同, ,频频带和隔离特性比分支线更好。由于隔离口夹在两带和隔离特性比分支线更好。由于隔

33、离口夹在两个输出口之间个输出口之间, ,输出信号要跨过隔离端输出信号要跨过隔离端, ,实现起来实现起来不如分支线方便。不如分支线方便。 混合环的设计关键是按照分配比计算阻抗值混合环的设计关键是按照分配比计算阻抗值和长度。对于等分环形桥和长度。对于等分环形桥, ,有有Z Z1 1=Z=Z2 2= Z= Z0 0 每个端口之间的距离为每个端口之间的距离为g/4g/4或或3g/43g/4。2RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw带宽约为带宽约为20%20%。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&m

34、wRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.5.1 6.5.1 如何直接写出其如何直接写出其S S矩阵（矩阵（3dB3dB）？）？6.5.2 6.5.2 如何由奇偶模分析法验证其如何由奇偶模分析法验证其S S矩阵？矩阵？ 和端口与差端和端口与差端口：当信号从端口口：当信号从端口3 3和端口和端口2 2输入时，在输入时，在端口端口1 1将形成输入信将形成输入信号的和，在端口号的和，在端口4 4将将形成输入信号的差，形成输入信号的差，因此称端口因此称端口1 1为和端为和端口，端口口，端口4 4为差端口。为差端口。RF&MW成都信息工程学

35、院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw让单位振幅波信号从和端口（让单位振幅波信号从和端口（1 1）输入）输入RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw12342222eoeoeoeoTTBBTTBB 1221eABjCDj对于偶模，对于偶模，1221oABjCDj 对于奇模，对于奇模，RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw12340/2/20BBjBjB 2oj 2ojT2ej 2ejT按转移矩阵的定义和它与反射系数、传输系数的按转移矩阵的定义和它与反射系数、传输系数的

36、关系，可得关系，可得RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw让单位振幅波信号从差端口（让单位振幅波信号从差端口（4 4）输入）输入RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw12342222eoeoeoeoTTBBTTBB 1221eABjCDj 对于偶模，对于偶模，1221oABjCDj 对于奇模，对于奇模，RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw12340/2/20BBjBjB 2oj 2ojT2ej 2ejT按转移矩阵的定义，可得按转移矩

37、阵的定义，可得 0 -j -j 0-j 0 0 j1-j 0 0 j20 -j j 0S RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw改进的鼠笼式混合接头改进的鼠笼式混合接头比常规鼠笼式混合接头可提供宽得多的带宽，且尺比常规鼠笼式混合接头可提供宽得多的带宽，且尺寸更小寸更小RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw改进的鼠笼式混合接头改进的鼠笼式混合接头RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw改进的鼠笼式混合接头改进的鼠笼式混合接头RF&

38、MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw尺寸压缩的准集总式环形桥（鼠笼式混合接头）尺寸压缩的准集总式环形桥（鼠笼式混合接头）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw002aZL0012aCZ0012bCZRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw集中参数环形桥（鼠笼式混合接头）集中参数环形桥（鼠笼式混合接头）RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mwRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程

39、学院电子工程学院RF&mw设计还需考虑：设计还需考虑： 1 1、导体损耗和介质损耗、导体损耗和介质损耗 2 2、对于不连续性和杂散的补偿设计、对于不连续性和杂散的补偿设计 3 3、介质结构的异向性，造成奇、偶模的不同相速，、介质结构的异向性，造成奇、偶模的不同相速，使定向性变差，有以下方法作适当改进使定向性变差，有以下方法作适当改进利用屏蔽利用屏蔽 RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 利用集中电容利用集中电容 利用介质重叠利用介质重叠RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.

40、6 6.6 孔耦合定向耦合器孔耦合定向耦合器4端口端口隔离端口隔离端口2端口端口直通端口直通端口1端口端口输入端口输入端口3端口端口耦合端口耦合端口波导定向耦合器波导定向耦合器RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.6.1 6.6.1 倍兹孔定向耦合器倍兹孔定向耦合器RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw 小孔能用电和磁偶极矩组成的等效源替代，法小孔能用电和磁偶极矩组成的等效源替代，法向的电偶极矩和轴向的磁偶极矩向两边辐射时是偶对向的电偶极矩和轴向的磁偶极矩向两边辐射时是偶对称的，而横

41、向磁偶极矩的辐射是奇对称的，调整两源称的，而横向磁偶极矩的辐射是奇对称的，调整两源的相对振幅能抵消在隔离端口上的辐射，加强耦合端的相对振幅能抵消在隔离端口上的辐射，加强耦合端口上的辐射，对于平行波导，耦合是通过小孔离波导口上的辐射，对于平行波导，耦合是通过小孔离波导窄壁的距离窄壁的距离s s控制，而对于斜交波导，耦合是通过两控制，而对于斜交波导，耦合是通过两波导之间的角度控制的。波导之间的角度控制的。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mwRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.6.2

42、6.6.2 多孔耦合器及其工作原理多孔耦合器及其工作原理 两孔有四分之一波两孔有四分之一波长，在耦合口波同相叠长，在耦合口波同相叠加，在隔离口反向相消，加，在隔离口反向相消，耦合度有较低的频率依耦合度有较低的频率依赖性，方向性对频率有赖性，方向性对频率有较高的依赖。较高的依赖。RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw6.6.3 6.6.3 波导双波导双T T和魔和魔T T 魔魔T T与混合环有相与混合环有相似的性质似的性质RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw（1 1）双）双T T及其性质

43、及其性质将具有共同对称面的将具有共同对称面的E ET T接头接头和和H HT T接头组合起来接头组合起来 、平分臂，平分臂， 、隔离臂隔离臂性质性质 （1） 口输入，口输入， 、等幅反相输出，等幅反相输出， 口输出为口输出为0 （2） 口输入，口输入， 、等幅同相输出，等幅同相输出， 口输出为口输出为0 （3） 、等幅同相输入，等幅同相输入， 口无输出，口无输出， 口有输出口有输出 （4） 、等幅反相输入，等幅反相输入， 口有输出，口有输出， 口无输出口无输出 （5） 口输入，口输入， 、 等副同相输出，等副同相输出， 口无输出口无输出RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程

44、学院电子工程学院RF&mw由上述性质，有由上述性质，有魔魔T T的的S S参数为参数为 0 1 101 0 0111 0 0120 11 0S 由由S S矩阵，端口矩阵，端口1 1和和4 4互相隔离，端口互相隔离，端口2 2和和3 3也互相隔离也互相隔离RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw附：附： 应用奇偶模理论分析定向耦合器应用奇偶模理论分析定向耦合器设有幅度为设有幅度为1 1的波从端口的波从端口1 1输入，分解为奇偶模激励输入，分解为奇偶模激励11a 41/2a 11/2a 41/2a 11/2a RF&MW成都信息工

45、程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw考虑对称性和互易性，其考虑对称性和互易性，其S S矩阵为矩阵为111121314212111413313141112414131211SSSS1/2SSSS0SSSS01/2SSSSeeeebbbb偶模激励时，有偶模激励时，有 11121314121114131314111214131211SSSSSSSSSSSSSSSSSRF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw121311141212131114342222eeeeSSSSbbSSSSbb展开，得展开，得eT引入偶模反射系数和传输系数引入偶模反射系数和传输系数e和和1411141423121314eeeeeeeeeebbSSaabbTSSaa 由于对称，由于对称，1212和和3434可看作两根独立且完全相同可看作两根独立且完全相同RF&MW成都信息工程学院电子工程学院成都信息工程学院电子工程学院RF&mw的波导，的