一种加载并联电感的高方向性微带耦合器

一种加载并联电感的高方向性微带耦合器

马晓华,厉明升,陈宸 ,赵艺

火箭军装备部南京地区第二军事代表室

摘 要：传统的微带定向耦合器，由于奇偶模的相速度不同导致较低的隔离度。目前提高微带耦合器方向性的方法大多采用电容加载或者电感加载的方法，其实现方式均属于相位速度补偿法。本文采用一种加载对称的并联电感的方法来实现相位速度补偿来提高耦合器的隔离度。通过对微带耦合器耦合线上对称加载并联电感，实现了微带定向耦合器窄带的低损耗和高方向性的电讯指标。通过实物制作和测试，证明了此方法的可行性。

关键词：微带线定向耦合器 电感加载 高方向性

1 引言

随着微波集成电路的飞速发展，使用集成式的微带定向耦合器的地方越来越多，而且通常需要很高的方向性。由于电磁波在微带线中传输的是准TEM模，所以奇偶模在微带线中传播的相速度不等，即奇偶模传输的电长度不同，从而导致了微带线定向耦合器的方向性很差，隔离度不高。普通的微带耦合器属于弱耦合器，其方向性在10dB左右，远远不能满足高方向性的要求。

2 工程设计要求

2.1 设计原理依据

传统的微带定向耦合器设计中，奇偶模之间不同的相速度导致了较低的方向性。目前有太多提高微带耦合器方向性的手段，大致分为电容加载和电感加载两种补偿手段来拉平奇偶模的相速度，以此来提高耦合器的方向性。

本文采用一种加载中心对称的并联电感的结构，以此来对相位速度进行补偿，实现了高隔离、高方向性的电讯指标要求。

传统的微带线定向耦合器的分析方法为奇偶模分析法。

微带板中的电磁场处于空气和介质基片中，所以对应于奇偶模的有效介电常数εeo与εee是不同的，所以对应的奇偶模的相速度是不同的。

由于奇偶模的传输相速度不同导致传输系数不能相互抵消，隔离度变差。

采用电容或者电感等电抗性加载的方法，可以很好的补偿奇偶模相速度不一致的情况。目前采用电容性加载的方法较多，本文采用一种加载并联电感的方法，具有尺寸小，结构简单，易加工，可靠性高等特点。

加载并联电感的原理图与仿真图如图1中的（a）、(b)所示。

(a)原理

（b）中心对称并联电感加载仿真模型

图1 高方向性并联电感加载耦合器

3 仿真结果及分析

根据上述的设计方法，本文通过在HFSS设计软件中的建模、仿真和优化，最终得到满足指标的设计结果。本次设计中，耦合器的使用频率为L波段，微带板材选用F4B-2，介电常数2.55，板材厚度h=0.508mm，

图2  耦合器的四端口驻波曲线图

图3 耦合器的传输特性曲线图

4 实物测试

实物加工如图4所示，

图4  实物加工图

图5 耦合器的组装图

5 结论

本文采用一种加载对称的并联电感的方法来实现相位速度补偿来提高耦合器的隔离度。通过对微带耦合器耦合线上对称加载并联电感，实现了微带定向耦合器窄带的低损耗和高方向性的电讯指标。通过实物制作和测试，证明了此方法的可行性。

参考文献

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