三分贝定向耦合器

三分贝定向耦合器

摘要：3dB定向耦合器是通信、广播电视系统中重要的器件之一，本文介绍了描述定向耦合器的性能指标参数，详细介绍了3dB定向耦合器的基本结构及特性。

Abstract: 3dB coupler is one of the important components in communication and broadcasting system. In this paper, the specifications of directional coupler are presented,and the basic structures and properties of 3dB coupler are presented in detail.

1.引言

在广播电视和通信系统中，经常需要耦合部分的射频功率，以满足各种需要。定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器，它能从主传输线系统的正向波中按一定比例分出部分功率，实现功率的分支、分配或合成。三分贝耦合器是一种特殊的定向耦合器，它广泛应用于功率合成，恒阻滤波器和多工器等系统中。下面介绍定向耦合器的性能参数，并详细介绍三分贝耦合器的特性。

2. 定向耦合器的基本参数

定向耦合器可等效成四端口网络。它的基本工作原理借助图1来描述。

图1 定向耦合器原理

自端口1入射的功率中部分功率从直通端口2输出，另外一部分被耦合到端口3，在理想情况下，没有功率送到隔离端口4。

描述定向耦合器性能的参数主要有耦合度、隔离度、方向性、插入衰减、输入驻波比、频带宽度等。其中耦合度表征了耦合的强弱。理想的定向耦合器端口驻波比为1，即端口没有反射；隔离度为无穷大，即隔离端没有输出功率。

设定向耦合器输入端的输入功率为，主线输出端(简称为直通端)的输出功率为，耦合输出端(简称为耦合端)的输出功率为，隔离端的输出功率为，则定向耦合器的有关参数的定义如下。

耦合度C：输入功率与耦合端的输出功率之比，一般用分贝表示，即

上式中P1/P3称为功率耦合系数。设E1为主线输入端电压，E3为耦合端电压，S31 表示波由主线输入端到耦合端的传输系数。

因P1≥P3，故耦合度大于等于零分贝。C表征耦合的强弱，当P1一定时，P3越大，C越小。故零分贝、3分贝定向耦合器为强定向耦合器；20分贝、30分贝定向耦合器为弱定向耦合器。分贝值越大，表明耦合越弱。

隔离度D：输入功率与隔离端的输出功率P1之比，P4一般用分贝表示，即

E4为隔离端电压，S41表示波由主线输入端到隔离端的传输系数。

方向性：耦合端的输出功率P3与隔离端的输出功率P4之比，一般用

分贝表示，即

插入衰减：输入功率P1与直通端的输出功率P2 之比，一般用分贝表示，即

E2为直通端输出电压，S21表示波由输入端到直通端的传输系数。

输入端驻波比：其余三端口均接匹配负载时输入端口的驻波比，即

S11为输入端在其它各端口均接匹配负载情况下的反射系数，在实际中要求各端口的驻波比尽可能接近1。

频带宽度：耦合度、隔离度、输入驻波比等参数均满足要求时定向耦合器的工作频带宽度。通常要求工作频带越宽越好。

3. 定向耦合器的网络分析

定向耦合器的散射矩阵为：

a)设则构成正向定向耦合器，有

将和

代入上式可得

结论：(3)(2)端口输出功率之和等于(1)端口的输入功率,两输出端口的输出电压波相位差为，因此正向定向耦合器的散射矩阵为：

b)设则构成反向定向耦合器，有

将和

代入上式可得

结论：(4)(2)端口输出功率之和等于(1)端口的输入功率,两输出端口的输出电压波相位差为，因此反向定向耦合器的散射矩阵为：

4. 平行耦合线定向耦合器

是TEM波传输线定向耦合器的一种主要形式，主要有耦合带状线和耦合微带线构成，具有反向耦合器的特点。

单节1/4平行耦合线定向耦合器

平行耦合线定向耦合器的基本工作原理

平行耦合线定向耦合器通常采用“奇偶模法”分析。

结构对称，散射矩阵为：

当偶模和奇模电压分别同时在（1）（3）端口激励时，上图所示元件就简化为下图所示的完全相同的两个双端口元件。

平行耦合线定向耦合器偶模和奇模激励等效电路

因为

由a与S参数的关系可得S，由b=Sa可求得b，又中心频率上，可得互易、无耗、对称、完全匹配的平行耦合线定向耦合器在中心频率上的散射参数矩阵为：

其中称为中心频率的电压耦合系数。

结论：

i.不论耦合区电角度为何值，要获得理想匹配与隔离，

必须满足。

ii.耦合输出电压b3与直通端输出电压b2 都是频率的函数，并且无论频率如何变化，耦合输出端电压b3的相位总是比直通输出端电压b2的相位

超前，在中心频率上，耦合输出达最大。

iii.平行耦合线定向耦合器的耦合度C为

5. 分支定向（）耦合器

a)结构：

是3dB方向耦合器，直通端和耦合端口有相位差，又称分支线混合接头，由主线、副线及若干耦合分支线组成，分支线长度及其间距均等于四分之一中心相波长。

一种微带双分支定向耦合器的结构如下图示，分支线与主线、副线是并联的，各段线的特性均用归一化特性导纳表示，其中端口(1)(4)的传输线的归一化特性导纳为==1，端口(2)(3)的传输线的归一化特性导纳为

==，R称为变阻比，R=。

使用这类定向耦合器可同时起到两个作用：定向耦合作用和阻抗变换作用。

因此该耦合器又称为“阻抗变换定向耦合器”或“变阻定向耦合器”。

b)理论分析：

易知该耦合器的散射矩阵为：

假定信号由端口（1）经A点输入，则由图易知，同时也有

，故端口（4）为隔离端。

同理，，也有，故端口（3）为耦合端。

分支定向耦合器可等效为一个四端口网络，通常运用奇模、偶模的概念及叠加原理，将定向耦合器沿其对称平面一分为二，变成两个二端口网络。

微带线定向耦合器的设计word文档

微带线定向耦合器的设计 一、数学模型 1、耦合度和传输系数 图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。根据奇、偶模分析方法可知，耦合端口②及直通端口④的输出电压分别为， θ θ θθθ θθ θsin )(cos 2sin cos sin )(cos 2sin cos 2020000002 0000002020000200002Z Z j Z Z jZ Z Z Z Z j Z Z jZ Z Z U e e e e +++-+++= θ θθ θsin )(cos 2sin )(cos 22020000000 0020200000 02Z Z j Z Z Z Z Z Z j Z Z Z Z U e e e ++-++= 式中：e Z 0和00Z 分别为耦合微带线的偶模和奇模特性阻抗，e θ和0θ分别是耦合微带线的 偶模和奇模的电长度，0Z 是端口的端接阻抗。 根据（1）式可知定向耦合器的耦合度为， )dB (| |lg 202U C =' 而根据（2）式可得传输系数为， )dB (| |lg 204U T = 但需要满足以下条件，即： ) 1() 2() 3() 4(

e O e e e e Z Z Z Z Z Z Z θθθθsin sin sin sin 0000 00000020 ++== 如果假设耦合微带线中传输的是TEM 波（而不是准TEM 波），则可忽略奇、偶模相速的差别而认为：θθθ==0e ，此时（1）～（4）式可以改写成以下形式，即： θ θθsin cos 1sin 2002j C jC U +-= θ θsin cos 11202 04j C C U +--= 式中： 00 000 00Z Z Z Z C e e +-= 2f f ? =πθ 但需要满足以下条件，即： 00020Z Z Z e = 根据（5）～（9）式可知，此时的耦合度和传输系数分别变为， )dB ()cos 1sin lg(102 20220θ θ C C C -=' )dB ()cos 11lg(102 202 0θ C C T --= 而中心频率的耦合度为， ) dB () lg(20lg 2000 000 00Z Z Z Z C C e e +-==') 5() 6() 7()8() 9() 10()11() 12() 13(

定向耦合器方向性的分析

定向耦合器方向性的分析 目前公司许多产品都用到定向耦合器，但在应用过程中都需要大量调试其方向性来满足指标要求，为了减小调试时间以及调试过程中产生的一些不稳定因素，让产品在设计时就能满足指标要求或在产品中增加一些可调器件来降低调试时间和增加产品的可靠性。 一、定向耦合器为什么会有方向性 上图为一段平行耦合传输线，当传输线1-4中有交变电流i I流过时，由于2-3线与1-4线靠得很近，所以2-3线中就有耦合来的能量，这个能量可通过电场（以耦合电容表示）又通过磁耦合（以耦合电感表示）耦合过来的。通过C m的耦合在2-3线中产生的电流i c2和i c3，同时由于i I的交变磁场作用，在2-3线上有感应电流i L，根据电磁感应定律，感应电流i L的方向与i I相反。 由上图可以看到，若有能量从端口1口输入，端口2是耦合口，端口4是输出端，端口3上有电耦合电流i c3和磁耦合电流i L，这两个电流是方向相反能量相同，相互抵消了，故端口3为隔离端，也使得定向耦合器变得有方向性了。

二、如何改善耦合器的方向性 图二

图三 图一是一段耦合微带线，上面什么也没有，仿真的结果为图二，可以看出这时耦合器的方向性很差，就个2dB，但在这段耦合微带上覆盖一层与基片相同厚度的介质后，得到的仿真结果为图三，这时方向性有很大的改善，有20dB左右。这个在我们实际的设计时已经应用到了，就是在主杆旁边直接用微带线来进行耦合，在调试时去改变腔深对方向性变化很明显，这是因为耦合微带的电场分别处在空气和介质中，所以它的奇模和耦模的相速不相同的，在隔离端的信号就不能相互抵消，方向就会变差，当覆盖一层介质后，电场就只在介质中传输，奇模和耦模的相速就变得相同了，方向就会得到很大的改善。 2、旋转耦合附杆，使之与传输主杆形成一个角度，这在实际应用中很多例子，这和第一种方法是同种道理，改变奇、耦模的电角度来改变它的相速，使方向性变好。

ADS设计定向耦合器

目录 1概述 (1) 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 (1) 1.2 微波电路仿真软件ADS简介 (2) 1.3定向耦合概念及分类 (3) 1.3.1概念 (3) 1.3.2分类 (4) 1.3.3 主要技术指标 (6) 2工作原理 (7) 2.1 传输线理论 (7) 2.2 输入阻抗 (8) 2.3 特性及测量 (9) 2.3.1网络特性 (9) 2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量） (10) 2.4 定向耦合器的用途 (11) 3.微带分支电路的分析与设计 (12) 3.1 分支线耦合器 (12) 3.2 分支线耦合器的奇偶模分析 (13) 4设计过程 (17) 4.1 建立工程 (17) 4.2 原理图的设计 (18) 4.3微带线参数的设置 (19) 4.4 VAR控件的设置 (20) 4.5 S参数仿真设计 (20) 4.6 参数的优化 (22) 4.7分支线耦合器版图的生成 (23) 5.总结与展望 (25)

1概述 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。

基于HFSS分支定向耦合器设计说明书

基于HFSS分支定向耦合器设计 实验报告 学院电子科学与工程学院

姓名 学号 指导教师 2016年10月27日目录 一、实验目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、设计思路 (2) 四、注意事项 (2) 五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2) 5.1 分支定向耦合器简介 (2) 5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (3) 5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (3) 5.2.2 HFSS设计简介 (3) 5.2.3 HFSS设计环境概述 (4) 5.3 新建HFSS工程 (4) 5.4 创建分支定向耦合器模型 (5) 5.4.1 设置默认的单位长度 (5) 5.4.2 定义变量 (5)

5.4.3 添加新材料 (6) 5.4.4 创建带状线金属层模型 (7) 5.4.5 创建带状线介质层模型 (9) 5.5 分配边界条件和激励 (10) 5.6 求解设置 (11) 5.6.1 单频求解设置 (12) 5.6.2 扫频设置 (12) 5.7 设计检查和运行仿真分析 (13) 5.8 查看仿真分析结果 (14) 5.8.1 查看S参数扫频结果 (14) 5.9 分支定向耦合器的优化分析 (15) 5.9.1 新建一个优化设计工程 (15) 5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (16) 5.9.3 查看参数化分析结果 (17) 5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (18) 5.9.5 查看优化结果 (20) 5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (20) 5.9.7 优化后的场分布图 (21) 5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (21) 六、加分项 (22) 6.1 二阶分支定向耦合器建模 (22) 6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (24)

定向耦合器

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。 基本简介 定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。 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。 定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件。它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等，一种应用特别广泛的耦合器是3dB 耦合器，这种耦合器的两个输出端口输出信号的幅度是相等的。 在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论，Cohn和Levy等人也做了很多贡献。 随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线。随后由于微波电路与系统的需要有相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线。这样就出现了各种传输线定向耦合器。 第一个真正意义上的定向耦合器由H. A. Wheeler在1944年设计实现，Wheeler使用了一对长为四分之一中心频率波长的圆柱来实现电场与磁场的能量相互耦合，遗憾的是这种方法只能实现一个倍频程的带宽。 定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合(分配)元件。它是一种四端口元件，通常由称为直通线(主线)和耦合线(副线)的两段传输线组合而成。直通线和耦合线之间通过一定的耦合机制(例如缝隙、孔、耦合线段等)把直通线功率的一部分(或全部)耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。如果直通线中波的传播方向变为与原来的方向相反，则耦合线中功率的输出端口与无功率输出的端口也会随之改变,也就是说，功率的耦合(分配)是有方向的，因此称为定向耦合器(方向性耦合器)。 定向耦合器作为许多微波电路的重要组成部分被广泛应用于现代电子系统之中。它可以被用来为温度补偿和幅度控制电路提供采样功率，可以在很宽的频率范围完成功率分配与合成；在平衡放大器中，它有助于获得良好的输入输出电压驻波比(VSWR)；在平衡混合器和微波设备(例如，网络分析仪)中，它可以被用来采样入射和反射信号；在移动通信中，使用

光纤耦合器

光纤耦合器 光纤耦合器的概述 ?·光纤耦合器的简介 ?·光纤耦合器的分类 ?·光纤耦合器的制作方式 ?·光纤耦合器端口的级联 光纤耦合器的应用 ?·2×2单模光纤耦合器的改进... ?·光纤耦合器中光孤子传输的... ?·可调光子晶体光纤耦合器的制作 光纤耦合器的简介 光纤耦合器是指光讯号通过光纤中分至多条光纤中的元件,属于一种光被动元件,一般 在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路各个领域都会应用到,与光纤连接器 在被动元件中起重大作用,也叫分歧器. 光纤耦合器的分类 光纤耦合器一般分为三类: 标准耦合器:双分支,单位1X2,就是将光讯号未成两个功率 星状/树状耦合器 波长多工器:也称作WDM,一般波长属于高密度分出,即波长间距窄,就是WDM 光纤耦合器的制作方式 光纤耦合器制作方式有烧结(FUSE)、微光学式(MICRO Optics)、光波导式(Wave Guide) 三种.这里介绍下烧结方式,烧结方式占了多数(约有90%),主要的方法是将两条光纤并在一起烧融拉伸,使核芯聚合一起,以达光耦合作用,而其中最重要的生产设备就是融烧机,也是最为重要的步骤,虽然重要步骤部分可由机器代工,但烧结之后,必须人工封装,所以人工成本在10%-15%左右,其次采用人工检测封装必须保证品质一致性,这也是量产时所必须克服的,但技术困难度不若DWDM MODULE及光主动元件高,因此初期想进入光纤产业的厂商,大部 分会从光耦合器切入,毛利则在20～30% 光纤耦合器端口的级联 光纤耦合器端口的级联 由于光纤端口的价格仍然非常昂贵,所以,光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接,或被用于骨干交换机之间的级联.需要注意的是,光纤端口均没有堆叠的能力,只能被用于级联. 1. 光纤跳线的交叉连接

定向耦合器的研究

定向耦合器的研究 几种定向耦合器结构与分析 班级 XXXXXXXXXXXXXXXX 学号 XXXXXXXXXXX 姓名 XXXXXX 功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。也叫过流分配器，分有源，无源两种，可平均分配一路信号变为几路输出，一般每分一路都有几dB的衰减，信号频率不同，分配器不同衰减也不同，为了补偿衰减，在其中加了放大器后做出了无源功分器。 定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配，所以它是一种具有方向性的功率分配器。 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。 由于微带线具有平面电路结构，用其做成的定向耦合器往往比波导型的立体结构简单的多，故在微波集成电路中获得广泛应用。下面我们将来研究几种微带定向耦合器。 微带分支线定向耦合器 微带分支线定向耦合器由两根平行导带组成，通过一些分支导带实现耦合。分支导带的长度及其间隔均为1/4线上的波长，其结构示意图如下图所示，其分支数可为两分支或更多。所谓电桥是一种将功率平分耦合的定向耦合器的特称，即3dB定向耦合器。下面着重分析二分支的情况。 在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G、H和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。

基于ADS的定向耦合器的设计

本科毕业论文（设计、创作） 题目：基于ADS的定向耦合器的设计 学生姓名：张振华学号： 110102044 所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术 入学时间： 2011 年 9 月导师姓名：杨斌职称/学位：讲师/学士 导师所在单位：安徽三联学院 完成时间： 2015 年 6 月 安徽三联学院教务处制

基于ADS的定向耦合器的设计 摘要：在20世纪50年代初，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe 小孔耦合理论。定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。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。定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。本设计主要利用ADS2011 软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。 关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波

Design of directional coupler based on ADS Abstract: In twentieth Century the beginning of the 50's, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theory. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveguide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power distribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microstrip branch directional coupler, completes the schematic and layout. Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave

定向耦合器.

单位代码： 10293 密 级： 硕 士 学 位 论 文 论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究 电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士 二零一五年三月 学 科 专 业 研 究 方 向 申请学位类别 论文提交日期

摘要 定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。论文的主要工作和创新点包括： （1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。 （2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。 （3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。 关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽

Abstract Reader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include: (1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation. (2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased. (3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation. Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler

光通信中关键器件_耦合器

中国科技信息２００５年第１０期 ＣＨＩＮＡ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　Ｍａｙ．２００５ 光通信中关键器件－耦合器 冯霞 李平 葛祥友　山东大学信息科学与工程学院 ２５０１００ 摘　要：随着光纤通信的迅速发展和日益普及，对耦合器的需求量与日俱增。本文从线性和非线性两个方面对耦合器的类型和特点进行了介绍。在线性部分对宽带耦合器作了较详细的分析。关键词：耦合器；光通信 １．引言 随着近几年光纤通信的迅速发展，光纤到家，光纤到路边的日益临近，对耦合器的需求量与日俱增。耦合器是将光信号从一条光纤中分至多条光纤中的器件，属于光无源器件，广泛应用在光传输系统、有线电视、局域网中。以光孤子脉冲作为信息载体的全光通信系统已成为近年来的研究热点，非线性光纤耦合器作为此类系统的关键器件也引起高度重视。 ２．耦合器技术性能指标 光耦合器的性能指标有插入损耗、分光比与隔离度等。现在以　定向耦合器为例对上面的各个性能指标进行描述。 图１ 定向耦合器 插入损耗：表示输入耦合器一个端口的功率与输出端口输出功率总和之差，即 （１） 其中，　为从输入端１或２输入的光功率，　为输出端３、４的输出功率。 分光比：表示耦合器输出端的功率分配 比，即　（２） 隔离度：反映定向耦合器反向散射信号的大小。当从１端注入光功率，３、４端输出功率时，２端对１端的隔离度定义为， （３） 光纤定向耦合器的插入损耗为０．２￣１ｄＢ，分光比１％￣９９％（根据需要），隔离度可大于６５ｄＢ。 ３．　线性耦合器 下面分别介绍一下常见的几种线性耦合器。 ３．１　定向耦合器 定向耦合器是指在光纤之间传输光信号来完成传统的光束分离功能的器件。双通道定向耦合器是优良平行的，传输常数相同的，相互之间距离很近的条波导构成。在两波导之间 ３．２　保偏光纤耦合器 目前保偏光纤耦合器有熔融拉锥型和研磨抛光型两种。保偏光纤耦合器的最大特点是能稳定的传输两个正交的线偏振光，并能长距离的保持各自的偏振态不变。耦合器的参数如耦合比，附加损耗等，主要由双锥体形状决定，而双锥体的形状主要由火焰形状、温度分布、拉伸速度等来控制。制造保偏光纤耦合器必须使两根保偏光纤偏振轴平行，这是制造保偏耦合器成败的关键。实验证明，折射率匹配型保偏光纤便于制造低损耗、小尺寸的保偏耦合器，同时要较好的控制腰部直径和锥体形状。耦合比可由拉伸长度来控制。消光比是评价保偏耦合器保偏性能的主要参数。保偏光纤耦合器的结构如图２所示。 ３．３　星型耦合器 星形耦合器是光纤通信网的关键部件，通常可采用　熔融拉锥光纤耦合器组成　星形耦合器，但其结构较为复杂。平板介质光波导多端口耦合器结构简单、耦合效率高，适于成批生产。星型平板介质耦合器［１］的结构模型如图３所示。发射端口阵列位于以ｏ’为圆心的圆弧ｏ’ｐ’处， 图４　星型平板介质耦合器结构模型３．４　波导干涉耦合器［２］ 多模干涉耦合器制作工艺简单、结构紧凑及容差性好，可以制成１ＸＮ和ＮＸＮ光开关、环形半导体激光器，还可以考虑制成用于无源光网络的光分路器。多模干涉耦合器的关键结构是能传输多个模式（一般大于３个）的多模波导。为了使光输入和输出多模波导，还必须由一些波导（一般为单模波导）放置在多模波导的起始端和终止端。分析多模波导场分布的方法很多，有全模式分析法、ＷＫＢ法、混合法、光束传输法和导模传输法等。输入（出）波导宽度及位置、干涉区长度等结构参量对多模波导耦合器性能参量存在一定的影响。 ３．５　含布拉格光栅的光纤耦合器［３］ 含光栅的光纤耦合器是一种可用于密集波分复用的、很有前途的波分复用器，它能使光纤布拉格光栅和光纤耦合器的优点得到很好的结合，容易做到低成本、高性能。目前对于布拉格光栅在对称光纤耦合器中作用的理论分析主要有两种，一种是普通耦合模理论，另一种是耦合超模理论。最近有人提出用统一耦合理论分析含布拉格光栅的对称光纤耦合器。由布拉格光栅和对称光纤耦合器组成的波分复用器如图４所示。在耦合区域内两完全相同的合纤芯（ａ和ｂ）共享同一包层，组成光纤耦合器的两根光纤为 单模光纤，它们的传播常数分别为．区域Ｌ１和Ｌ３代表普通方向耦合器部分，区域Ｌ１ 代表含布拉格光栅的光纤耦合器部分。 的区域内，由于消逝场的重叠而发生相干耦合，光波可以从一个波导耦合到另一个波导中去。常用的制作方法是熔融拉锥法，就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥形式的特殊波导结构，实现传输功率耦合的一种方法。定向耦合器可用耦合波方程分析。图１可用来表示熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理：入射光在双锥体结构的耦合区发生功率再分配，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分则由“耦合臂”传到另一光路。在Ｙ型耦合器中，若直通臂与耦合臂的功率分别表示为Ｐ１（Ｌ）和Ｐ２（Ｌ），则标准熔融拉锥型单模光纤耦合器的耦合比为 ：（４） 式中Ｃ为耦合系数。 ｏｏ’＝Ｒ。带状波导宽度分别为ａ（发射端口）和ａ’（接受端口）。当能量从Ｎ个带状波导端口中任一段口ｐ中以主模ψ激励空间区域，接着以辐射模的形式向前传播照射接受阵列。由于传输过程中产生衍射，最后只有一部分被接受阵列所截获，而辐射到接收阵列中每个端口ｏｐ’的能量只有一部分能够激励起这个端口的主模。 由于　，因而可用菲涅耳近轴衍射理论来处理耦合器中光传输 问题。

HFSS环形定向耦合器设计实例

实验二：环形定向耦合器仿真场分析 实验目的： 掌握带状线的设置、理解和分析环形定向耦合器的结构和原理。 实验内容： 利用HFSS软件设计一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为标准的50Ω。 实验原理： 此环形耦合器使用带状线结构，HFSS工程可以采用终端驱动求解类型。4个端口都与背景相接触，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50欧姆。为了简化建模操作以及节省计算时间，带状线的金属层使用理想薄导体来实现，即通过创建二维平面然后给二维平面指定理想导体边界条件来模拟带状线的金属层；带状线的金属层位于介质层的中央。在 HFSS 中，与背景相接触的表面会自动设置为理想导体边界，因此带状线上下两边的参考地无须额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。 实验步骤及结果： 一、新建工程设置 1.插入HFSS设计

2.设置求解类型 3.设置默认的长度单位 从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令 4.建模相关选项设置（使得建立三维模型之后弹出属性窗口） 从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】 5.定义变量 length 从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令 点击Add

按图填入相应的值然后点击OK 点击‘确定’ 6.添加新材料 从主菜单栏中选择【Tools】→【Edit Configured Libraries】→【Materials】命令

光纤耦合实验报告

篇一：光纤测量实验报告 光纤测量实验报告 课程名称：光纤测量 实验名称： 耦合器光功率分配比的测量 学院：电子信息工程学院专业：通信与信息系统班级：研1305班 姓名：韩文国 学号：13120011 实验日期：2014年4月22日指导老师：宁提纲、李晶 耦合器光功率分配比的测量 一、实验目的： 1. 理解光纤耦合器的工作原理； 2. 掌握光纤耦合器的用途和使用方法； 3. 掌握光功率计的使用方法。 二、实验装置：ld激光器，1 ×2光纤耦合器，2 ×2光纤耦合器，tl-510型光功率计，光纤跳线若干。 1. ld激光器 半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（gaas）、硫化镉（cds）、磷化铟(inp)、硫化锌(zns)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。本实验用的ld激光器中心频率是1550nm。 2. 光功率计 光功率计（optical power meter ）是指用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器。在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表；在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表。通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。 3. 耦合器 光纤耦合器是一种用于传送和分配光信号的光纤无源器件，是光纤系统中使用最多的光无源器件之一，在光纤通信及光纤传感领域占有举足轻重的地位。光纤耦合器一般具有以下几个特点:一是器件由光纤构成，属于全光纤型器件;二是光场的分波与合波主要通过模式耦合来实现;三是光信号传输具有方向性。光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。对于波导式光纤耦合器，一般是一种具有y型分支的元件，由一根光纤输入的光信号可用它加以等分。 在本实验中所用的1 ×2耦合器光功率分配比理论值为1:9，而2 ×2耦合器光功率分配比理论值为1:1。 三、实验内容： 测量耦合器两输出端的功率，计算功率分配比。 四、实验原理： 2 ×2 光纤耦合器亦称x型光纤耦合器，它是一种应用最为广泛的定向耦合器件。该种耦合器主要依靠倏逝场的作用实现耦合，使两根光纤纤芯相互靠近，可以实现光功率的有效耦合。

定向耦合器

定向耦合器 相关图片编辑词条参与讨论 所属分类：基本物理概念天体物理学电子电子技术电子术语通信通信技术 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。 用来分配或合成微波信号功率并具有定向耦合特性的微波元件。它是在主、副两根传输线(简 称主、副线)之间设置适当的耦合结构组成的。定向耦合器采用同轴线、带状线、微带线、 金属波导或介质波导等各种型式。耦合结构有耦合孔、耦合分支线和连续结构耦合等型式。 目录 ·? 工作原理 ·? 网络特性 定向耦合器-工作原理 主线中传输的功率通过多种途径耦合到副线,并互相干涉而在副线中只沿一个方向传输。 图1 图2 图3图1为矩形波导定向耦合器的三种典型耦合结构。a是相距1/4导波长的双孔耦合;b是间距和长度都等于1/4 导波长的双串联分支线耦合；c是在裂缝区域内TE和TE两种传播模式的连续耦合。以a和b两种结构为例，

从端口①输入的信号分两路耦合到副线后，朝端口④方向因行程相等而同相叠加，有输出；朝③方向则行程相差1/2导波长而反相抵消，被隔离而无输出。 图2为微带定向耦合器的两种典型的耦合结构。a是间距和长度都等于1/4导波长的双并联的分支线耦合,b是在平行区域内电场和磁场两种结构连续耦合。以b的结构为例,从端口①输入的信号由电场耦合在副线的两个端口上产生同相感应电压，磁场耦合则产生反相感应电压。结果在端口④处相加而有输出，③处则抵消而呈隔离无输出。 此外,也可构成其他传输线的定向耦合器（图3）。 定向耦合器-网络特性 定向耦合器可被看作为四端口网络，其特性可用散射矩阵【s】表示，即 其中各端口的反射系数s ii(i=1、2、3、4)的值很小（理想值为零）,表示各端口的匹配情况；衰减系数s13=s31=s24=s42的值也很小(理想值为零)，表示隔离情况；s14=s41＝s23＝s32是耦合系数，其值根据需要而设计。 定向耦合的主要技术指标是耦合度C（分贝）、定向性D（分贝）和工作频带，其中 C＝-20lg|s14| (dB) D＝20lg|s14/s13| (dB) 理想定向耦合器的散射矩阵为 两个输出信号有90°的相位差。 上述双孔或双分支线耦合的单节定向耦合器工作频带较窄。若采用多孔或多分支线耦合结构的多节定向耦合器（几个单节的级联），可借助综合设计方法展宽工作频带。

ADS设计定向耦合器讲解

<>课程设计——分支线耦合器 目录 1概述 (1) 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 (1) 1.2 微波电路仿真软件ADS简介 (2) 1.3定向耦合概念及分类 (3) 1.3.1概念 (3) 1.3.2分类 (4) 1.3.3 主要技术指标 (6) 2工作原理 (7) 2.1 传输线理论 (7) 2.2 输入阻抗 (8) 2.3 特性及测量 (9) 2.3.1网络特性 (9) 2.3.2测量方法（定向耦合器的特性参量） (10) 2.4 定向耦合器的用途 (11) 3.微带分支电路的分析与设计 (12) 3.1 分支线耦合器 (12) 3.2 分支线耦合器的奇偶模分析 (13) 4设计过程 (17) 4.1 建立工程 (17) 4.2 原理图的设计 (18) 4.3微带线参数的设置 (19) 4.4 VAR控件的设置 (20) 4.5 S参数仿真设计 (20) 4.6 参数的优化 (22) 4.7分支线耦合器版图的生成 (23) 5.总结与展望 (25)

1概述 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。

ADS设计定向耦合器

目录 1概述0 微波技术产生的背景及发展趋势 0 微波电路仿真软件ADS简介0 定向耦合概念及分类1 概念1 分类2 主要技术指标3 2工作原理4 传输线理论4 输入阻抗5 特性及测量6 网络特性 6 测量方法（定向耦合器的特性参量）7定向耦合器的用途7 3.微带分支电路的分析与设计8 分支线耦合器9 分支线耦合器的奇偶模分析9 4设计过程13 建立工程13 原理图的设计14 微带线参数的设置15 VAR控件的设置15 S参数仿真设计16 参数的优化18 分支线耦合器版图的生成19 5.总结与展望20

1概述 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。 微波电路仿真软件ADS简介 ADS，即Advanced Design System 的简称，它是Agilent Technoligyies（安捷伦）公司推出的一套电路设计软件。Agilent Technoligyies公司把HP MDS（Microwave Design System）和HP EEsof IV(Electronic Engineering Software )两者的精华有机地结合起来，并增加了许多新的功能，便构成了ADS软件。 自从Agilent Technoligyies 公司推出ADS软件后，很快被广大电子工程技术人员所接受，因为它与以前的微波仿真软件相比，具有更全面的功能，而且它的应用也变得更加广泛，它具有多种仿真软件的优点，仿真手段丰富，可实现包括时域和频域，数字与模拟，线性与非线性，高频与低频，噪声等多种仿真分析手段，范围涵盖小到元器件，大到系统级的仿真分析设计，ADS能够同时仿真射频（RF），模拟（Analog），数字信号处理（DSP）电路，并可对数字电路和模拟电路的混频电路进行协同仿真，由于其强大的功能，很快成为全球内业界流行的EDA设计工具。 （1）ADS的特点 ①在可操作性方面，ADS灵活使用了窗口技术，工具栏、工具栏、快捷键、模版以及菜单等使人机界面更美观、方便。