Splitter之六： 耦合器构成的功分器 留言

微带耦合器指标

耦合器的指标与功分器很相似：

1、工作频段；

2、功率容量；

3、端口电压驻波比；

4、输入输出之间的插入损耗；

5、支路功率分配比（耦合度）；

6、支路端口间的隔离度；

7、支路端口间的相位平衡度；

如果支路功率分配比为1，也就是耦合度为3dB，则称为电桥。

耦合器当做功分器使用时，分路端的相位可能不等。

本文只普及微带耦合器知识，将在后续系列文章中深入讨论微带耦合器的仿真设计。

微带耦合器都可以当做功分器使用，常见的是以下三类：

1、分支线耦合器（90度）

2、环形耦合器（180度）

3、双线耦合器（90度）

分支线耦合器

分支线耦合器镜像旋转对称，任何一个端口都可输入信号，一旦确定了输入端口，就唯一决定了其它三个端口位置：

1、直通端相位-90度；

2、耦合端相位-180度；

3、隔离端理论上无信号，所以不存在相位。

为什么直通端不在左下角？隔离端不在右上角呢？

这与4段1/4波长阻抗线的阻抗和图形拓朴结构有关系。

例如耦合度为3dB的分支线耦合器，如果隔离端无信号，那么要求：

Z1 = 0.707*Z0， Z2 = Z0。

如果要想直通端与隔离端互换位置，那么也得要求Z1和Z2阻抗互换。

 

直通端

信号从输入端进入到直通端，有两条路径。从第一个T形节开始，蓝色路径的功率就小于红色路径的功率，而且蓝色路径还多经过两个T形节，所以功率进一步减小。

这两条路径差1/2波长，反相位互相抵消一部分，抵消不干净的功率，就是直通端功率。

 

耦合端

蓝色信号和红色信号同相位抵达耦合端。

互相叠加后的功率就是耦合端的功率。

隔离端

蓝色信号和红色信号反相位抵达隔离端。

互相抵消，功率为零。

如果要想达到互相抵消的效果，那么Z1和Z2的阻抗要仔细设计。如何推导公式和仿真设计，可持续关注本公众号，会有文章专门讲常见微带耦合器。

限于篇幅，本文只想说明：耦合器也可以当作功分器使用。

 

环形耦合器

按照上文所述的办法，可分析出：

2与4互为隔离端；

如果信号从1端口进入，则2和4端口有信号，3端口无信号，所以1与3互为隔离端，且2和4之间的相位相差180度。——如果耦合度为3dB（2和4端口信号幅度相等），则称为180度电桥。

如果信号从2端口进入，则1和3端口有信号，4端口无信号，所以2与4互为隔离端，且1和3之间的相位相差0度。

如果这是一个180度电桥，且有两个相关信号同时从互为隔离端的1端口和3端口输入呢？显然有以下的矢量运算：

S2 = 0.707 *（S3 + S1）；

S4 = 0.707 *（S3 – S1）；

 

平行双线耦合器

微带平行双线窄边耦合器，耦合度一般在15~30dB范围：

微带平行双线窄边耦合器，可看成是微带线间串扰模型，远端是隔离端，近端是耦合端。——也就是远端串扰小，这是有利于数字PCB设计的。

多层带状线平行双线宽边耦合器，耦合度很轻易做到3dB，由于耦合端与直通端相位差为90度，所以也称为90度电桥。

耦合器当做功分器应用的例子

耦合器常用于平衡放大器、天线馈电网络、平衡混频器、信号检测（通道校准）等等，分别如下图所示（图片来自于网络，百度）。

 

 

原文始发于微信公众号（看图说RF）：016_Splitter之六： 耦合器构成的功分器