【正文】 )1/(1)1/(1)()()(22222tjtPtjtPLLtttnn ?? ????????? （ 333） Seidel 和 Rosen 提出，實現(xiàn) n 節(jié)等電長度（ ? ）傳輸線級聯(lián)構(gòu)成的四分之一波長階梯阻抗變換器的充要條件的是： （ 1） 功率損耗多項式 L 須具有式（ 330）的形式，其中 nP 是 n 的奇次多項式。 [30][31] 等效過程見附錄一，等效結(jié)果如圖 所示： 10eZ 10o eNZ 0oN0????20eZ 20o 30eZ 30o? ?? ?32142?21 ??( a )10eZ eNZ 0????20eZ 30eZ2? 21 ?? 1?oZ1?oZ? ?( b ) 圖 多節(jié)對稱耦合線與多節(jié)對稱四分之一波長階梯阻抗變換器等效示意圖 因為雙對稱面結(jié)構(gòu)，那么多節(jié)耦合器是完全對稱的。多節(jié)對稱耦合線和多節(jié)非對稱耦合線均可用該等效方案，但是由于定向耦合器要求直通端和耦合端理想情況下相位差為 2? ，有了此相位約束，那么在分析時候需采用多節(jié)對稱耦合線。 耦合器電路參數(shù)的計算 定向耦合器的電路參數(shù)主要包括奇模特征阻抗和偶模特征阻抗。 8UU??? （ 38b） 且： 53UU??? 6 0U?? 7 0U?? 82UU??? （ 39） 結(jié)合式（ 34）、（ 35），代入式（ 37），可得： ????????????????????????????????????????????????11222222228765c o s00s i n0c o ss i n0c o s00s i ns i n00c o s0s i nc o s0??????????jjjjjUUUU （ 310） 解式（ 310）可得： 5 0U?? （ 311） 6 1 2si n( )Uj ??? ? ? ? （ 312） 7 1 2cos( )U ??? ? ? ? （ 313） 8 0U?? （ 314） 若按該結(jié)構(gòu)構(gòu)造 3dB 定向耦合器，則輸入端為端口 1，直通端為端口 7，耦合端為端口 6，隔離端為端口 4，觀察式（ 312）和（ 313）可知， 6U? 與 1U? 相位相差 2? ，7U? 與 1U? 相位相同 ，下面考察其幅度關(guān)系。 8UU??? （ 38a） 139。0 c os si n 0c os 0 0 si nsi n 0 0 c os0 si n c os 0jUUjjj?????????? ? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? （ 37） 結(jié)合圖可知： 139。3 39。同樣設(shè)輸入電壓符號為正，輸出電壓符號為負，根據(jù)式（ 255）并假設(shè)耦合器 2 的電壓耦合系數(shù) 22sinK ?? ，可得： 221 39。 )端 口 3端 口 5 ( 1 39。目前有效的實現(xiàn)超寬帶定向耦合器的方案 仍然 是采用交叉級聯(lián)。 90 4ooP? ? ? ，其中 P? 是直通端相位與耦合端相位的差值。 隔離參數(shù)（ I） 10 4( ) 10 log 1PI dB P? （ 259） 該參數(shù)反映了耦合線上的隔離情況，也叫隔離系數(shù)，以功率比形式表征了隔離端輸出信號的幅度，對應(yīng)上圖四端口網(wǎng)絡(luò)的 S41。下面給出各參數(shù)定義。綜合上述討論，可得理想四端口 3dB 定向耦合器的散射矩陣為： ? ?22220 1 01 0 00 0 10 1 0j K Kj K KSK j KK j K??????????????? （ 255） 以上是對四端口定向耦合器的網(wǎng)絡(luò)分析，下面討論耦合器的主要參數(shù)。同理，不論信號從哪個端口輸入，得出的散射矩陣不變。由上述方程可解得： 0000 0 0 00 0 0 0c os ( ) si n( ) c os ( ) si n( )1 1 111 2 c os ( ) ( ) si n( ) 2 c os ( ) ( ) si n( )eOineOeOZZl j l l j lU U e U oZZZ Z Z ZII l j l l j lZ Z Z Z? ? ? ?? ? ? ????????? ? ? ?? ? ? ??? （ 241）因為前提要求 0inZZ? ，則： 000 0 0 00 0 0 0c o s( ) sin ( ) c o s( ) sin ( )12 c o s( ) ( ) sin ( ) 2 c o s( ) ( ) sin ( )eOeOZZl j l l j lZ Z Z Zl j l l j lZ Z Z Z? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? （ 242） 整理上式可得： 0 0 0eOZ Z Z? （ 243） 進而求得： 1UU? （ 244） 00222 c os( ) si n( )eOOeUUZZj??? ???????? （ 245） 00000000si n( )32 c os( ) si n( )eOOeeOOeZZjZZUUZZjZZ??????????????????? （ 246） 40U? （ ） 在該波段的中心頻率上， 90ol???? ，代入上式可得電壓耦合系數(shù)： 0031 eOZZUK U Z Z??? ? （ 248） 下面求解該四端口定向耦合器的散射矩陣： 令 11 12 13 1421 22 23 2431 32 33 3441 42 43 44s s s ss s s sABSs s s sCDs s s s???????????? ???? （ 249） 該矩陣即為一般四端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣形式， 由一般二端口面對稱網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣對稱性可知： 11 1221 22ssA ss??????? （ 250a） 第二章 定向耦合器的理論分析 13 13 1423 24ssB ss??????? （ 250b） 31 3241 42ssC ss??????? （ 250c） 33 3443 44ssD ss??????? （ 250d） 下面根據(jù)四端口定向耦合器的特征來確定 S 矩陣的各個參數(shù)。由上面圖 圖 圖 可知，將奇偶模兩種情況疊加，可以得出原激勵條件下的情況。 四端口面對稱網(wǎng)絡(luò) 本節(jié)在上一節(jié)面對稱網(wǎng)絡(luò)奇偶模分析的基礎(chǔ)上對四端口定向耦合器分別進行奇模激勵分析和偶模激勵分析。將輸入信號 1a 分為一組偶模激勵 ea 和一組奇模激勵 oa ，其中 ： （ 21） （ 22） 可以看出 1 eoa a a??成立。分別對這兩個結(jié)構(gòu)進行研究，再應(yīng)用疊加原理，可得出原網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析結(jié)果。本章主要對耦合器的設(shè)計進行總結(jié)，并展望未來的發(fā)展。本章 在前一章基礎(chǔ)上通過實驗選取最優(yōu)方案，繪制出PCB 版圖，生產(chǎn)出產(chǎn)品后 對實物進行測量分析，并經(jīng)過后期修改完善，最終得出結(jié)論。 第三章 寬帶定向耦合器的設(shè)計與實現(xiàn)。 根據(jù)以上耦合器的設(shè)計流程，本文主要分六章進行討論，各章節(jié)內(nèi)容安排如下： 第一章 緒論。而且已有的資料只是給出了一般高頻段（ ≥1GHz）耦合器的設(shè)計思路或者一些電路參數(shù)的圖表，并未給出詳細的設(shè)計過程，也沒有給出不同性能的耦合器具體需要哪種結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)。該耦合器直通端和耦合端的兩路輸出信號幅度相等，相位正交。目前已有的工作頻率較低的帶狀線耦合器是從 100MHz 到 500MHz，該耦合器波段系數(shù)為 5，仍小于 10。 2020 年 P. Miazga[25]采用特殊的耦合線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了工作頻段 2GHz～ 20GHz 的寬帶定向耦合器，直通參數(shù)、耦合參數(shù)及工作頻段仍未達到本文要求。 1990 年 在論文中對 3dB 正交等波紋耦合器 [21]進行設(shè)計，采用交叉級聯(lián) 方案，分別討論了 3節(jié)、 5 節(jié)和 7 節(jié)耦合情況，給出了參數(shù)取值表格。使用多節(jié)對稱耦合器可以獲得寬頻帶耦合是 ， 和 [17]在 1955 年發(fā)表的一篇論文中提出的。之后 和 [14]發(fā)表關(guān)于對稱耦合器精確設(shè)計理論的論文，并給出了設(shè)計不同耦 合度耦合器對應(yīng)的參數(shù)表格。 在 1957 年，[10]在發(fā)表的論文中討論了四分之一波長阻抗變換器的綜合。同年 [7]在發(fā)表的論文中對 TEM 模式耦合器進行研究，并從理論角度推出了該種耦合器的設(shè)計。因為耦合線其實也是傳輸線，那么傳輸線求解對耦合線同樣有效。而且目前使用較多的自適應(yīng)干擾抵消方案正是利用其輸出信號的幅度特性和相位特性，通過正交矢量合成最終抵消同址干擾。定向耦合器由于能夠利用耦合線對直通線上的信號進行采樣（耦合），因此多用于饋線電路及監(jiān)測電路。其中耦合方式主要包括過孔耦合、邊緣耦合、平行耦合 和 縫隙耦合等。經(jīng)功率分配后的信號，其相位也滿足一定的關(guān)系，比如相位正交。由波段系數(shù)計算公式可知，該定向耦合器的波段系數(shù)為 ，由相對帶寬計算公式可知，該定向耦合器的相對帶寬為 ，屬于超寬帶微波器件。而目前比較有效的干擾抵消技術(shù)是基于正交矢量合成 [1]的 ， 即對同址干擾信號在發(fā)射前進行取樣，將取樣信號分為兩路幅度相等、相位正交的信號，然后送入干擾抵消的數(shù)據(jù)處理模塊。比如，在一艘軍艦上有大量的電臺、雷達、干擾和抗干擾設(shè)備 ， 這些電子設(shè)備是我軍打贏現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的重要保障。 論文 最后 給出了進一步 降低耦合器端口駐波比的方案，并通過仿真驗證其可行性。最終根據(jù)奇模特征阻抗和偶模特征阻抗計算出帶線的物理參數(shù)。 定向耦合器的耦合模式包括前向耦合和后向耦合。在如此寬的波段、如此低的頻率，目前尚無帶狀 線結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，因此具有創(chuàng)新意義。同時本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律署名單位為西安電子科技 大學(xué)。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。本文討論的定向耦合器工作頻段為 30MHz～ 512MHz，根據(jù)波段系數(shù)和相對帶寬的定義，屬于超寬帶微波器件。利用其功率分配和相位的關(guān)系，該定向耦合器可以用于 V/U 波段自適應(yīng)干擾抵消器的正交裂相。在此基礎(chǔ)上 ，利用插值多項式和微波等效電路，對定向耦合器的設(shè)計進行分析綜合，得出其奇模特征阻抗和偶模特征阻抗。實現(xiàn)的 定向正交耦合器經(jīng)過測試，達到了設(shè)計要求 。其中最為典型也最為重要的就是在軍事方面的應(yīng)用。比較理想的解 決方案是利用自適應(yīng)干擾抵消技術(shù)來消除該干擾。波段系數(shù)的計算公式如下： /hlff?? （ 11） 相對帶寬的計算公式如下： hlhlffff? ?? ? （ 12） 其中 lf 為該波段的起始頻率， hf 為該波段的截止頻率。 定向耦合器概述 定向耦合器是一種可以將信號功率按照一定比例進行分配的電子器件。直通線上的一部分功率通過一定的耦合方式耦合到耦合線上。采用不同的耦合方案、耦合結(jié)構(gòu)及帶線尺寸，也大大提高了耦合器的靈活度，可以制成各種性能的耦合器。利用定 向耦合器輸出信號的相位特性，可以用于反射式移相器、幅頻均衡器和鑒頻器等。在 1935 年 4 月份， 和 申請到專利“高頻功率因數(shù)測量表” [4]，專利號為 1999250，被認為 是最早的耦合原理的應(yīng)用。 1954年， [6]在發(fā)表的論文中對傳輸線耦合器進行分析。 Seymour [9]在同年發(fā)表論文，在論文中 討論了帶狀線平行側(cè)邊耦合的設(shè)計方法。同年 [13]發(fā)表論文討論了最優(yōu)非對稱耦