寬帶耦合器的設計

王志剛 曹迅

摘要：在現代通信和微波系統中，耦合器具有廣泛的應用，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與工作帶寬有很大的關系，帶寬越寬，平坦度越差。文中給出了一種寬帶耦合器的設計方法，通過對寬帶耦合信號的幅度進行補償，使得耦合信號平坦度指標得到明顯的改善。經過實踐證明，該方法具有很好的工程應用。

關鍵詞：寬帶耦合器;均衡電路;耦合平坦度

中圖分類號：TN622 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0150-02

耦合器是微波測量中的關鍵器件， 可用于監測發射機的輸出功率，輸出頻譜，發射機到天線端的反射功率等。在實際工作中，功放輸出功率控制保護電路，需要采用耦合信號強度作為基準，來進行環路控制。由于耦合信號的幅度是頻率的函數，所以要經過均衡電路，使其最后輸出的幅度在頻段內是平坦的。

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電磁耦合傳輸到另外一根傳輸線上的一種微波無源器件。圖1為集中常見的帶狀耦合器形式。

2 詳細電路設計

設計一款寬帶耦合器，具體的參數如下：

頻率：225MHz-500MHz;

耦合度：-54±1dB;

耦合平坦度：<0.5dB。

2.1 耦合電路設計

耦合電路采用主線為50歐姆的同軸電纜形式，介質為聚四氟乙烯，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，讓印制板和同軸電纜的介質緊密接觸，保證了耦合線上下的介質均勻。具體的電路形式如圖2所示。根據微波網絡理論分析，耦合器的在遠離耦合器的中心頻率時，工作頻率每上升一個倍頻程，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保持平坦，需要設計一個以每倍頻程6dB下降的射頻均衡網絡。

2.2 射頻均衡網絡的設計

射頻均衡網絡是利用諧振電路阻抗的模值與頻率的斜率關系，通過選擇合適的電路拓撲結構來實現的。由于LC串聯諧振回路的特性是在偏離諧振頻率點時阻抗的模單調上升的，而LC并聯諧振回路的特性是在偏離諧振頻率點時阻抗的模單調下降的，利用上述性質可以使得射頻補償網絡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為實測的均衡電路曲線和加均衡電路后的耦合器測試曲線。根據圖6可以看出耦合器最終的測試結果：頻帶內耦合度為-54dB，耦合平坦度為0.4dB，實際測試結果符合設計要求。耦合器尺寸為：80mm*22mm*22mm。采樣液冷散熱，實測的通過功率為連續波1000W。

3 結語

本文設計了一款寬帶耦合器，采用同軸電纜形式的帶狀耦合器結構，配合射頻均衡網絡，具有體積小、重量輕、價格低廉、可靠性高、通過功率大、耦合平坦度小等優點。目前，該耦合器已在實際工程中得到了成功應用。

參考文獻

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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