一種3dB帶狀線(xiàn)耦合電橋的研究與設(shè)計(jì)

1引言

隨著現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的發(fā)展，無(wú)源器件以其環(huán)保無(wú)污染、低功耗和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。3dB電橋在無(wú)源系統(tǒng)中是十分常見(jiàn)的器件。常用于信號(hào)的合路、分路及功率合成，近來(lái)隨著POI(多系統(tǒng)合路平臺(tái))市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)其性能提出了更高的要求。眾所周知帶狀線(xiàn)電橋具有插入損耗低、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)現(xiàn)寬帶3dB電橋中會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式難以達(dá)到體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等要求，這將不利于與其他有源或無(wú)源電路的連接或集成。針對(duì)這一問(wèn)題,本文提出了一種新型結(jié)構(gòu)的3dB電橋設(shè)計(jì)方案，這種電橋比一般的電橋帶寬更寬，可達(dá)到4GHz，可以承受比較大的功率容量，而且體積小，使用新式結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)低插損、高方向性和寬頻帶的要求，并且具有易于生產(chǎn)、調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。

2耦合器的原理

電橋是一種分路元件,屬于四端口網(wǎng)絡(luò),在電路中起著功率分配及改變信號(hào)相位的作用。通常,由一個(gè)單獨(dú)的耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)電橋的功能。

耦合先的電特性完全可以由線(xiàn)之間的等效電容和波在線(xiàn)上的傳播速度來(lái)表示。下面圖1給出了兩個(gè)微帶導(dǎo)體之間耦合關(guān)系，其中C1、C2表示微帶線(xiàn)與地面之間的電容，C3為兩個(gè)微帶之間的電容。C1、C2、得大小由微帶線(xiàn)與地面之間的距離覺(jué)得的，C3的大小是兩微帶線(xiàn)之間的間隙以及微帶寬度決定的。

圖1微帶線(xiàn)耦合及其等效電路

在分析耦合傳輸線(xiàn)時(shí)主要采用的是奇偶模法，由于線(xiàn)間同時(shí)存在的電耦合和磁耦合，可以分別研究奇模線(xiàn)和偶模線(xiàn)的特性，然后疊加便可以得到耦合線(xiàn)特性。這樣可以將耦合線(xiàn)四端口網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成二端口網(wǎng)絡(luò)。

圖2耦合線(xiàn)端口激勵(lì)示意圖

如圖3-7所示，對(duì)稱(chēng)耦合微帶結(jié)構(gòu)的端口激勵(lì)示意圖，其中端口1和端口2的激勵(lì)V1和V2可以用一對(duì)奇偶模激勵(lì)電壓Vo和Ve的組成來(lái)進(jìn)行分解。

由上式可以得到：

一般條件情況下可以選擇奇偶模的大小，實(shí)現(xiàn)不同的耦合。我們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中常將端口一設(shè)為激勵(lì)端口。4端口為直通端，3端口為隔離端，2端口為耦合端口。理想條件下V2=0，奇模偶模相等均為V1/2。得到耦合器及其等效電路如下圖所示。

圖3耦合線(xiàn)及等效電路圖

圖中Lm和Cm表示單位長(zhǎng)度的耦合電感和耦合電容，L1和C1表示第二條微帶的作用分布電容和電感。在時(shí)諧變化的電壓電流工作下我們可以得到：

上式是耦合傳輸線(xiàn)的基本方程，其中L1=L為耦合單元長(zhǎng)度的總電感，C1+Cm=C為總電容。