寬帶耦合器的設(shè)計(jì)

王志剛 曹迅

摘要：在現(xiàn)代通信和微波系統(tǒng)中，耦合器具有廣泛的應(yīng)用，是許多微波電路的重要組成部分。寬帶耦合器的耦合平坦度指標(biāo)與工作帶寬有很大的關(guān)系，帶寬越寬，平坦度越差。文中給出了一種寬帶耦合器的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)寬帶耦合信號(hào)的幅度進(jìn)行補(bǔ)償，使得耦合信號(hào)平坦度指標(biāo)得到明顯的改善。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，該方法具有很好的工程應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：寬帶耦合器;均衡電路;耦合平坦度

中圖分類(lèi)號(hào)：TN622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0150-02

耦合器是微波測(cè)量中的關(guān)鍵器件， 可用于監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)的輸出功率，輸出頻譜，發(fā)射機(jī)到天線端的反射功率等。在實(shí)際工作中，功放輸出功率控制保護(hù)電路，需要采用耦合信號(hào)強(qiáng)度作為基準(zhǔn)，來(lái)進(jìn)行環(huán)路控制。由于耦合信號(hào)的幅度是頻率的函數(shù)，所以要經(jīng)過(guò)均衡電路，使其最后輸出的幅度在頻段內(nèi)是平坦的。

1 定向耦合原理

定向耦合器是把兩根傳輸線近距離放置，使一根傳輸線上的功率可以通過(guò)電磁耦合傳輸?shù)搅硗庖桓鶄鬏斁€上的一種微波無(wú)源器件。圖1為集中常見(jiàn)的帶狀耦合器形式。

2 詳細(xì)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一款寬帶耦合器，具體的參數(shù)如下：

頻率：225MHz-500MHz;

耦合度：-54±1dB;

耦合平坦度：<0.5dB。

2.1 耦合電路設(shè)計(jì)

耦合電路采用主線為50歐姆的同軸電纜形式，介質(zhì)為聚四氟乙烯，耦合印制板材料同樣是聚四氟乙烯。在同軸電纜上所挖槽的高度和耦合線的印制板厚度相當(dāng)，讓印制板和同軸電纜的介質(zhì)緊密接觸，保證了耦合線上下的介質(zhì)均勻。具體的電路形式如圖2所示。根據(jù)微波網(wǎng)絡(luò)理論分析，耦合器的在遠(yuǎn)離耦合器的中心頻率時(shí)，工作頻率每上升一個(gè)倍頻程，耦合度就上升6dB。為了使定向耦合器輸出端的幅頻特性在帶內(nèi)保持平坦，需要設(shè)計(jì)一個(gè)以每倍頻程6dB下降的射頻均衡網(wǎng)絡(luò)。

2.2 射頻均衡網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

射頻均衡網(wǎng)絡(luò)是利用諧振電路阻抗的模值與頻率的斜率關(guān)系，通過(guò)選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于LC串聯(lián)諧振回路的特性是在偏離諧振頻率點(diǎn)時(shí)阻抗的模單調(diào)上升的，而LC并聯(lián)諧振回路的特性是在偏離諧振頻率點(diǎn)時(shí)阻抗的模單調(diào)下降的，利用上述性質(zhì)可以使得射頻補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性滿足以每倍頻程6dB下降。具體的電路形式以及ADS仿真曲線如圖3、圖4所示。

圖5，圖6為實(shí)測(cè)的均衡電路曲線和加均衡電路后的耦合器測(cè)試曲線。根據(jù)圖6可以看出耦合器最終的測(cè)試結(jié)果：頻帶內(nèi)耦合度為-54dB，耦合平坦度為0.4dB，實(shí)際測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。耦合器尺寸為：80mm*22mm*22mm。采樣液冷散熱，實(shí)測(cè)的通過(guò)功率為連續(xù)波1000W。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款寬帶耦合器，采用同軸電纜形式的帶狀耦合器結(jié)構(gòu)，配合射頻均衡網(wǎng)絡(luò)，具有體積小、重量輕、價(jià)格低廉、可靠性高、通過(guò)功率大、耦合平坦度小等優(yōu)點(diǎn)。目前，該耦合器已在實(shí)際工程中得到了成功應(yīng)用。

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Design of Broad bang Coupler

WANG Zhi-gang1， CAO Xun2

（1. Shi jia zhuang Norton Human Resources Co.， Ltd. Shijiazhuang Hebei 050000;

（2. Hebei Branch of China United Network communication Co.， Ltd. Shijiazhuang Hebei 050000）

Abstract：The couplers are widely used in modern communication and microwave systems and an important part of many microwave circuits. The coupling flatness index of broadband coupler has a great relationship with the working bandwidth. the wider the bandwidth， the worse the flatness. A design method of broadband coupler is presented in this paper. by compensating the amplitude of broadband coupling signal， the flatness index of coupling signal is improved obviously. Practice has proved that this method has a very high process application.

Key words：broadband;equalizing circuit;coupling flatness