微带功分器耦合器设计

功分器耦合器电桥原理与分析功分器（Power Divider）是一种用于将输入功率分配到多个输出端口的器件。

它在无线通信系统和微波电路中广泛应用，用于将信号平均分配到多个天线或传感器。

功分器有不同的结构和原理，其中最常见的有微带功分器、负载不平衡功分器和等分功分器。

微带功分器是一种常用的功分器结构。

它采用微带线作为传输介质，在微带线上设计一个特定的结构来实现功分作用。

微带功分器一般由三个端口组成，一个输入端口和两个输出端口。

输入信号通过微带线进入功分器，在功分器的特定结构中，信号被分配到两个输出端口。

微带功分器的原理基于微带线的电磁耦合效应，通过精确的线宽和间距设计来实现。

负载不平衡功分器是另一种常见的功分器结构。

它由两个变压器和一个负载组成。

输入信号通过其中一个变压器，经过变压器的轮流导通，被分配到不同的输出端口。

负载不平衡功分器的原理基于变压器工作原理，通过调整变压器参数和负载来实现功分作用。

等分功分器是一种特殊的功分器结构，它将输入功率均匀地分配到多个输出端口。

等分功分器的主要原理是基于相移和阻抗匹配。

输入信号经过功分器时，会根据设计的相位变化，将信号分配到不同的输出端口。

等分功分器的设计需要考虑相位平衡和阻抗匹配的问题。

对于功分器的分析，可以通过参数和性能指标来评估其性能。

常见的参数包括功分比、驻波比和插入损耗。

功分比表示功分器将输入功率平均分配到所有输出端口的能力，通常以分贝为单位表示。

驻波比表示功分器对输入信号的匹配情况，较低的驻波比表示较好的匹配性能。

插入损耗表示功分器将输入功率转移到输出端口时的损耗。

在功分器的设计过程中，需要考虑到频率响应、功率损耗和相位平衡等因素。

频率响应是指功分器在不同频率下的性能，通常以带宽和平坦度来表示。

功率损耗是指功分器在功率分配过程中的能量损失情况，通常以分贝为单位表示。

相位平衡是指功分器将输入信号平均分配到输出端口时的相位一致性，较好的相位平衡可以保证系统性能。

微带功率分配器设计1. 功率分配器论述：1.1 定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。

1.2 分类：1.2.1 功率分配器按路数分为：2 路、3 路和 4 路及通过它们级联形成的多路功率分配器。

1.2.2 功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。

1.2.2 根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。

1.2.3 根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。

1.3 概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。

微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。

（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。

下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。

2．相关技术指标：2.1 概述：功率分配器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。

2.2 频率范围：频率范围各种射频/微波电路的工作前提，功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。

必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。

2.3 承受功率：在大功率分配器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。

一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种线。

2.4 分配损耗：主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比有关。

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，θθθθθθθθsin )(cos 2sin cos sin )(cos 2sin cos 20200000020000002020000200002Z Z j Z Z jZ Z Z Z Z j Z Z jZ Z Z U e e e e +++-+++=θθθθsin )(cos 2sin )(cos 22020000000002020000002Z 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(eO e e e e Z Z Z Z Z Z Z θθθθsin sin sin sin 000000000020++==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：θθθsin cos 1sin 2002j C jC U +-=θθsin cos 112204j C C U +--=式中：0000000Z 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(10220220θθC C C -=' )dB ()cos 11lg(1022020θC C T --=而中心频率的耦合度为，)dB ()lg(20lg 200000000Z Z Z Z C C e e +-=='2、耦合区的长度 )5()6()7()8()9()10()11()12()13(根据（11）式可知，当耦合区的电长度090=θ时，耦合度C '最大，耦合器获得最大的耦合输出。

微带功分器和耦合器的研究与设计的开题报告一、选题背景及研究意义微带功分器和耦合器广泛应用于微波电路中。

功分器能够将输入信号分配到多个输出端口，而耦合器则能够将信号从一个端口传输到另一个端口，并且能够实现不同级之间的功率匹配。

随着微波技术和通讯技术的不断发展，对于高性能、小型化的功分器和耦合器的需求越来越大。

因此，研究微带功分器和耦合器的设计方法及性能优化将具有重要的实际应用价值。

二、研究内容和目的本课题的研究内容包括：微带功分器和耦合器的基本原理、各种微带功分器和耦合器的设计方法、设计过程中需要考虑的因素、性能评价指标等。

本课题旨在：1. 研究各种微带功分器和耦合器的设计方法，包括传统的串联线功分器和反射式功分器，以及常见的耦合器类型，如等长线耦合器、微带环路耦合器和插入式耦合器等；2. 掌握微带功分器和耦合器的设计过程中需要考虑的因素，如匹配网络的设计、信号的损耗及幅度均衡等；3. 研究微带功分器和耦合器的性能评价指标，如功率分配的均匀性、损耗、隔离度、反射损耗等；4. 针对当前微波电路设计的需求，结合硬件条件，设计出符合实际需求的微带功分器和耦合器。

三、研究方法和方案本课题的研究方法主要包括文献调研和仿真设计。

1. 文献调研：通过查阅相关文献和国内外研究成果，了解微带功分器和耦合器的基本原理和设计方法，在此基础上深入分析和归纳总结。

2. 仿真设计：基于Ansoft HFSS等仿真软件，对不同的微带功分器和耦合器进行仿真设计。

通过设计中的实验数据分析，得出微带功分器和耦合器的参数特性。

四、预期结果本课题预期结果包括：1. 掌握微带功分器和耦合器的基本原理及设计方法，以及设计过程中需要考虑的因素。

2. 能够设计出高性能、小型化的微带功分器和耦合器。

3. 提出一种合理的微带功分器和耦合器的性能评价指标，为微带功分器和耦合器的优化提供参考。

五、研究进度安排第一阶段（1-2周）：文献调研和阅读，对微带功分器和耦合器的基本原理和设计方法进行了解和掌握。

功分器基本工作原理：威尔金森功率分配器的功能是将输入信号等分或不等分的分配到各个输出端口，并保持相同输出相位。

环形器虽然有类似功能，但威尔金森功率分配器在应用上具有更宽的带宽，微带型功分器的电路如图9-1所示。

其中，输入端口特性阻抗为Z0；两端分支微带线电长度为1/4波长，特性阻抗分别为Z02和Z O3，终端分别接Z O2端口1Z O3功分器各个端口的特性如下：1、端口1无反射2、端口2和端口3输出电压相等且同相3、端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/K2因此，1/Z IN2 +1/Z IN3 =1/Z0;K2=P3 /P2 , P3 =1/2*U32/R3, P2=1/2*U22 /R2U3= U2在四分之一波长传输线阻抗变换理论的：Z IN2 *R2= Z O22Z IN3*R3= Z O32设R2=K* Z0，则Z O2，Z O3，R3 为：Z O2= Z0 exp（K(1+ K2 )）Z O3= Z0 exp（K(1+ K2 )/K3）R3= Z0 /K为了增加隔离度在端口2和端口3之间加一贴片电阻R，隔离电阻R的电阻值为R=Z0 (K+1/K)当K=1时，上面的结果化简为功率相等情况，还可以看出，输出线是与R2=KZ0和R3=Z0/K 匹配的，而不与阻抗Z0匹配。

定向耦合器工作原理LANGE耦合器结构如图9-26所示。

端口1的输入功率一部分直接传递给直通端口2，另外一部分耦合到耦合端口3.在理想的定向耦合器中，没有功率传递到隔离端口4，LANGE耦合器的直递端口2与耦合端口3之间有90度的相位差，可见LANGE耦合器是正交耦合器。

图中。

Z0为输入微带线的特性阻抗；W为微带线的宽带，S为微带线之间的间距；λ/4为工作带宽中心频点处的四分之一波长。

LANGE耦合器的耦合系数常用C表示，耦合系数C的参数有线宽比率W/H、缝隙宽度比率S/H、基板介电常数εr；导体厚度比率T/H和频率，这5个参数的微小偏差会导致耦合器奇偶模阻抗发生相应变化，从而在耦合线数目N固定的情况下使耦合系数C和特性阻抗Z0发生变化，缝隙宽带比率S/H、导体厚度比率T/H的偏差对耦合系数C又较大影响，而其余三个参数的偏差对于耦合的影响比较小，但对于特性阻抗Z0的影响是不可忽略的。

功分器、耦合器、电桥原理与分析本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。

1功分器1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。

2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。

功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。

腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换.3）主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。

以下对各项指标进行说明:l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。

此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。

（因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测得与理论值接近的分配损耗）耦合器和三功分器图示分配损耗的理论计算方法:如上图所示。

比如有一个30dBm的信号，转换成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话，每份功率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dBl 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。

插入损耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。

插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝5.3dB-4.8dB=0.5dB.微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为0.1dB左右。

一种微带一分八Wilkinson功分器的设计与实现微带一分八Wilkinson功分器是一种用于将输入功率平均分配到八个输出端口的微带功分器。

本文将介绍该功分器的设计与实现。

1.设计要求设计一个工作频率为f的微带一分八Wilkinson功分器，其特点如下：-输入端口和输出端口的阻抗为Z0(通常为50Ω)。

-输入功率分配到八个输出端口时的功率分配误差不超过±0.5dB。

-高频信号的传输损耗尽量小，以确保功分器的高频性能。

2.设计步骤2.1确定微带线宽度和阻抗首先，根据设计频率f和介质常数，可以计算出微带线的宽度W和介质常数εr。

使用商用PCB设计软件，比如EAGLE或Altium Designer，可以根据W和εr计算出微带线的阻抗Z0。

2.2确定功分器的尺寸接下来，根据所选的微带线宽度W和长度L，可以计算出微带线的特性阻抗Z0。

根据Wilkinson功分器的设计原理，输入端口和输出端口的微带线长度应为L/4，耦合器的长度应为L/2、通过调整L的值，可以得到所需的阻抗Z0。

2.3设计耦合器根据Wilkinson功分器的原理，耦合器的长度应为L/2、通过调整耦合器的宽度，可以控制功分器的功分比。

通常，通过微带线的宽度Wc和长度Lc来控制耦合器的宽度。

通过调整Wc和Lc的值，可以得到所需的功分比。

2.4设计阻抗变换器为了将输入阻抗Z0变换到耦合器的阻抗Zc，需要在输入端口和耦合器之间添加一个阻抗变换器。

阻抗变换器可以由微带线和补偿电容或电感组成。

通过调整阻抗变换器的参数，可以使输入阻抗匹配到耦合器的阻抗。

2.5仿真和调整完成设计后，使用商用EM仿真软件，如Ansoft HFSS或CST Microwave Studio，对功分器进行全波仿真。

通过仿真结果，可以评估功分器的性能，并进行必要的调整，以满足设计要求。

3.实现完成设计和仿真后，可以将功分器制作成实际的PCB。

根据设计要求，选择合适的材料和加工工艺，并使用PCB加工设备制作PCB板。

目录一、课题名称2二、设计指标 (2)三、设计理论根底 (2)四、设计步骤41．设计微带分支定向耦合器的原理图42．微带线分支定向耦合器的原理图仿真 (6)3．微带分支定向耦合器幅员的生成8五、设计小结 (9)六、参考文献：9前言：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，把功率进展分配和合成，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ADS2021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 微波耦合度基于ADS—微带分支定向耦合器的设计一、课题名称：基于ADS—微带分支定向耦合器的设计二、设计指标：本报告微带分支定向耦合器的设计指标如下。

中心频率选为2.4GHz。

● 在2.3GHz —2.5GHz 围，11S 的取值小于-36dB 。

● 在2.3GHz —2.5GHz 围，21S 的取值大于-3.0dB ● 在2.3GHz —2.5GHz 围，31S 的取值小于-36dB 。

● 在2.3GHz —2.5GHz 围，41S 的取值大于-3.0dB ● 系统的特性阻抗选为50Ω。

● 微带线基板的厚度选为0.5mm ，基板的相对介电常数选为4.2.三、 设计理论根底：在射频微波电路中，经常用到多端口网络，分支定向耦合器是最常用的多端口网络，它在电路中起到了十分重要的作用，它能够在固定的参考相位的条件下，分开和组合射频微博端口。

〔一〕、定向耦合器的根本功能和参数指标定向耦合器是一个4端口网络，它有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，分别对应图中的1、2、3、4端口1243 定向耦合器定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度、定向性、输入驻波比及工作带宽等，下面介绍上述各指标1、 耦合度耦合度C 定义为输入端口的输入功率P1和耦合端口P3之比的分贝数，耦合度C 表示为：1210lg()P C dB P = 引入网络散射参量，耦合度又可以表示为：11233113/2110lg 10lg 20lg ()/2i il U P C dB P S S U ===耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度为0dB~10dB 的定向耦合器称为强耦合定向耦合器，把耦合度为10dB~20dB 的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB 的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。

微带分支定向耦合器注意：在设置变量的时候一定要记得设置成L mm的形式，如果丢掉mm数据图就出不来。

参数：中心频率为2.4GHz在2.3GHz-2.5GHz范围内，S11值小于-20dB在2.3GHz-2.5GHz范围内，S21值大于-3.2dB在2.3GHz-2.5GHz范围内，S31值大于-3.2dB在2.3GHz-2.5GHz范围内，S41值小于-20dB系统特性阻抗为50欧姆微带线基板的厚度选为0.5mm，基板的相对介电常数4.2步骤：1.打开工程，命名为ohqfzdx。

2.新建设计，命名为ohqfzdx。

3.在原理图元件面板上选择微带线【TLines-Microstrip】，将插入原理图中，并设置其参数，参数如下：4.在原理图中画微带分支定向耦合器的电路图，如下图：5. 在原理图中，菜单栏【tools】-【LineCalc】-【Start LineCale】，弹出【LineCalc】计算窗口，如下图所示Z0表示计算时微带线的特性阻抗E_Eff表示计算式微带线的相移其中参数设置：Type：MLIN表示计算微带线。

Er：4.2表示介质板的相对介电常数Mur:1表示微带线的相对磁导率H=0.05mm表示微带线基板厚度Hu=1.0e+33mm表示微带线封装高度T=0.05表示微带线的导体层厚度Cond=5.8e+7表示微带线的导体电导率TanD=0.0003表示为微带线的损耗角正切Tough=0mm表示微带线表面粗糙度Freq=2.4GHz表示计算时采用频率Z0=50Ohm表示计算时特性阻抗E_Eff=90deg表示90deg相移1.测得特性阻抗为50Ω时，微带线宽度为0.94mm，长度为17.67mm2.测得特性阻抗50Ω/=35.36Ω，仍旧用90deg相移，测得宽度1.63mm，长度17.17mm。

6.修改电路图中的参数，由于是双对称的，所以两两相等。

7. 全部设置为变量后，选中添加4个和到原理图中，并设置。

实验 设计仿真微带线分支线定向耦合器一、 实验目的：１． 掌握微带分支线定向耦合器的设计方法； ２． 掌握用VOLTAIRE 进行仿真；二、 实验原理：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。

H当功率由（1）臂输入时，（3）、（4）两臂有输出；理想情况下，（2）臂无功率输出，故（2）臂是隔离臂，（3）、（4）两臂的输出可按一定的比例分配，若（3）、（4）两臂的输出功率相同，都等于输入功率的一半，则成为3dB 定向耦合器或3dB 分支电桥。

利用奇偶模分析法，将上述电路在中心线A －A1处切开，此时可将两条线（1）－（4）及（2）－（3）从A －A1面分开来考虑，这样将四端口网络转换为二端口网络，上下是对称的。

所以利用各端口理想的匹配及（1）、（2）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：2221(1)3(2)41120lg 20lg(3)3G H u jG u u G C u GH+==-+== 其中C 称为定向耦合器的耦合度，u1、u3、u4分别为（1）口输入电压和（3）、（4）口输出电压，可见（3）口和（4）口的输出电压相位差90度，对与3dB定向耦合器（C＝3dB）代入上式得：=1,G H三、实验要求：设计3dB微带分支定向耦合器已知条件：微带线介质基片厚度h=1mm，εr＝9.6，中心频率f0＝3GHz，输入输出端口的通信的阻抗为50 欧姆。

指标要求：1）根据所给的已知条件计算出各段微带线的宽度和长度，画出电路原理图2）对电路原理图进行仿真并对各线段调谐，达到指标如下：当频偏臂f/f0=1.06(即频率范围2.8～3.2GHz)时：在中心频率处耦合度（S31模值）为2.9～3.1dB输入驻波比 1.3ρ≤，方向性或隔离度（即S21的模值）≥17.5dB，两臂的不平衡度（即S31与S41的模值dB差）≤0.26dB。

第八章功分器耦合器设计第八章内容概述：本章将介绍功分器和耦合器的设计原理和方法。

功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路中的被动器件，用于将一个输入信号分为若干等幅的输出信号。

耦合器是一种用于耦合电路中的能量转移的器件，常用于功率放大器、混频器等电路中。

一、功分器设计1.功分器的原理：功分器是一种能将输入信号分为两个或多个等幅输出信号的器件。

常见的功分器有二分器、三分器、四分器等。

功分器的设计原理是基于电路中电压的分配和功率的守恒定律。

2.功分器的设计方法：功分器的设计方法有两种：电压比法和负载匹配法。

电压比法是通过确定每个输出端口上的电压比例来设计功分器，而负载匹配法是通过调整输出端口的负载阻抗来设计功分器。

3.功分器的实现：功分器可以通过多种方式来实现，如线型功分器、平面功分器和耦合线功分器等。

线型功分器通常由三个或多个等长的传输线组成，而平面功分器则由微带线、槽线或共面波导等结构组成。

1.耦合器的原理：耦合器是一种用于将电路中的能量从一个传输线传递到另一个传输线的器件。

耦合器可以实现能量的单向或双向传输。

常见的耦合器有耦合线耦合器、互感耦合器和反射耦合器等。

2.耦合器的设计方法：耦合器的设计方法主要有四种：频率平衡法、功率平衡法、阻抗平衡法和阶梯阻抗法。

频率平衡法是通过控制耦合线的长度和耦合间隔来实现耦合的平衡，而功率平衡法则是通过调整端口的负载阻抗来实现平衡。

3.耦合器的实现：耦合器可以通过多种方式来实现，如耦合线耦合器、微带耦合器、槽线耦合器和同轴耦合器等。

耦合线耦合器是最简单的一种耦合器，由两条等长的传输线组成，而微带耦合器则是通过把一条微带线与另一条微带线的一段连接起来来实现耦合。

三、总结：功分器和耦合器是微波和射频电路中常见的被动器件，其设计涉及到电压的分配、功率的守恒和能量的转移等原理。

功分器的设计方法有电压比法和负载匹配法，而耦合器的设计方法则主要有频率平衡法、功率平衡法、阻抗平衡法和阶梯阻抗法。

第7期2018年4月No.7April，20181 正交耦合器设计概述近年来宽带通信技术由于具有传输速率高、容量大、硬件成本低等突出优势，受到广泛关注。

宽带/多波段电子信息系统必须具备相应的宽带/多波段射频前端设备，例如放大器、耦合器、滤波器、天线等。

特别是在接收或发射圆极化波的无线电子系统射频前端中，正交耦合器是必不可少的元件之一[1-2]。

所以，这类器件广泛应用于卫星导航、电子对抗、射频识别和无线通信系统[3]。

由于PCB 工艺是低廉且成熟的加工工艺，所以传统的微波平面正交耦合器一般都采用微带线或带状线设计。

经典的正交耦合器一般由功率分配器和90°移相器级联，或采用分支线定向耦合器和环形器实现。

它们都需要具备两方面的性能，一方面要有等功率分配功能，另一方面要具有90°移相功能。

然而，其经典的结构设计只有10%~20%的工作带宽[4]，不能满足宽带通信系统的指标要求。

本文设计了一副带宽达50%的微带宽带正交耦合器，在宽带圆极化平面天线中有广泛的应用前景[5]。

2 微带正交耦合器结构本文设计的宽带微带正交耦合器等效电路图如图1所示，它由威尔金森功率分配器和一个宽带90°移相器[5]级联而成。

威尔金森功率分配器实现等功率分配的同时，完成了输入端口和输出端口之间的阻抗变换。

输入信号经Port 1分两条支路传输，它们分别通过1/4波长的微带线连接宽带90°移相器的两个输入端口。

威尔金森功率分配器两个输出端口具有较高的隔离度，能保证两路正交隔离信号的传输。

另一方面，两路信号的90°相位差需要在宽频带上持续保持，所以该宽带正交耦合器的关键部分是90°移相器。

宽带90°移相器的结构如图1右半部分所示。

移相器有两条支路，一支路为信号参考线，采用中心频率特性阻抗为Z 4的微带线；另一支路由两对分别开路和短路的电长度为电长度为半波长的微带线和1/8波长的微带线组成，设计时分别采用中心频率特性阻抗为Z 3和Z 2的微带线。

不同系列功分器、耦合器的特性分析南京博翔电子有限公司是一个民办的无源部件专业厂，研制、生产移动通信用的功分器、耦合器、合路器、中功率负载等多个系列产品。

以低损耗、宽频带、高可靠、防水为特点，深受国内外网络商的青睐。

其中功分器、耦合器分为同轴腔体结构和微带、带线结构两大系列。

为便于用户对这些不同系列产品的深入了解，笔者从设计原理、阻抗计算、传输特征等方面分析了不同系列产品的特点，供用户参考。

1、同轴腔体功分器、耦合器下面以二功分器为例，分析、计算各端口的阻抗关系、传输特征（三功分、四功分数据见表1）图1：同轴腔体二功分器原理示意图1.1功分器的设计原理本质上是一个阻抗变换器，二功分的阻抗变换比为2:1即输入端（A点）阻抗为50Ω，变换到B点，B点阻抗R BA=25 Ω,在B点分路，输出口C1、C2分别端接R L1、R L2用户终端（例如天线，以下简称终端），两个终端并联，正好跟B点匹配。

但是请注意，单个端口C1（或C2）跟B点是不匹配的，其内阻 Z C内等于R BA 与另外一个终端负载R L2（或R L1）并联。

即 Z C内=25 Ω || 50 Ω=16.667 Ω输出端口C1（或C2）的驻波比1.2 信号传输特征1.2.1 正向传输（下行通道）下行信号，由输入口A传输到B点，并在B点分路，分别传送到R L1、R L2 两个终端。

虽然单个输出口与终端负载不匹配，但是如1.1分析的，当功分器的二个输出口同时端接负载时，A→B的驻波比ρ应该满足技术条件ρ<1.2:1。

输出口C1 (或C2)与负载R L1(或R L2)的大驻波反射不会进入到AB阻抗变换段，只可能在R L1-C1-B-C2-R L2之间来回反射，最终达到平衡，下行信号将一分为二，全部送到二个终端。

1.2.2反向传输（上行通道）来自终端的上行信号，送到端口C1(或C2)，C1口的驻波比ρ =3:1反射系数Γ= (ρ–1) /(ρ +1) =0.5反射功率P反=|Γ|2=0.25即25%的信号功率被反射回去，75%送到B点。