一種3dB帶狀線耦合電橋的研究與設計

1引言

隨著現代無線通信系統的發展，無源器件以其環保無污染、低功耗和高可靠性的優點而被廣泛使用。3dB電橋在無源系統中是十分常見的器件。常用于信號的合路、分路及功率合成，近來隨著POI(多系統合路平臺)市場的不斷擴大，對其性能提出了更高的要求。眾所周知帶狀線電橋具有插入損耗低、方向性好等優點，但是在實現寬帶3dB電橋中會發現結構形式難以達到體積小、結構緊湊等要求，這將不利于與其他有源或無源電路的連接或集成。針對這一問題,本文提出了一種新型結構的3dB電橋設計方案，這種電橋比一般的電橋帶寬更寬，可達到4GHz，可以承受比較大的功率容量，而且體積小，使用新式結構可以實現低插損、高方向性和寬頻帶的要求，并且具有易于生產、調試等優點。

2耦合器的原理

電橋是一種分路元件,屬于四端口網絡,在電路中起著功率分配及改變信號相位的作用。通常,由一個單獨的耦合器來實現電橋的功能。

耦合先的電特性完全可以由線之間的等效電容和波在線上的傳播速度來表示。下面圖1給出了兩個微帶導體之間耦合關系，其中C1、C2表示微帶線與地面之間的電容，C3為兩個微帶之間的電容。C1、C2、得大小由微帶線與地面之間的距離覺得的，C3的大小是兩微帶線之間的間隙以及微帶寬度決定的。

圖1微帶線耦合及其等效電路

在分析耦合傳輸線時主要采用的是奇偶模法，由于線間同時存在的電耦合和磁耦合，可以分別研究奇模線和偶模線的特性，然后疊加便可以得到耦合線特性。這樣可以將耦合線四端口網絡簡化成二端口網絡。

圖2耦合線端口激勵示意圖

如圖3-7所示，對稱耦合微帶結構的端口激勵示意圖，其中端口1和端口2的激勵V1和V2可以用一對奇偶模激勵電壓Vo和Ve的組成來進行分解。

由上式可以得到：

一般條件情況下可以選擇奇偶模的大小，實現不同的耦合。我們在實際設計中常將端口一設為激勵端口。4端口為直通端，3端口為隔離端，2端口為耦合端口。理想條件下V2=0，奇模偶模相等均為V1/2。得到耦合器及其等效電路如下圖所示。

圖3耦合線及等效電路圖

圖中Lm和Cm表示單位長度的耦合電感和耦合電容，L1和C1表示第二條微帶的作用分布電容和電感。在時諧變化的電壓電流工作下我們可以得到：

上式是耦合傳輸線的基本方程，其中L1=L為耦合單元長度的總電感，C1+Cm=C為總電容。