【正文】 耦合端為端口 6，隔離端為端口 4，觀察式（312）和（313）可知， 與 相位相差6U?1?， 與 相位相同，下面考察其幅度關(guān)系。?39。8?? （38b）39。6??339。0cosin0ssiincoijUUj jj?? ?? ???? ???? ????? ?? ?結(jié)合圖可知： （38a ）139。22439。339。2 2239。同樣設(shè)輸入電壓符號為正，輸出電壓符號為負(fù)，根據(jù)式（255）并假設(shè)耦合器 2 的電壓耦合系數(shù) ，可得：22sinK??（37）22139。 )輸入端直通端隔離端耦合端?U? ?U?U?U??圖 兩個耦合器交叉級聯(lián)示意圖對于該交叉級聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成的耦合器來說，只有一個信號輸入端，即耦合器 1的端口 1 為輸入端。 )端口 3端口 5 ( 1 39。耦合器 1 耦合器 2端口 1 端口 2端口 4 端口 7 ( 3 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)。1983 年，, , [28]提出設(shè)計超寬帶正交耦合器的方法。 ，其中 是直通端相位與耦合端相位的差值。根據(jù)上面四端口網(wǎng)絡(luò)，該相位差反映了 3 端口的相位關(guān)系，所以得出 的表達(dá)式。隔離參數(shù)（I）（259）104()logPIdB?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。耦合參數(shù)（C）（257）103()logPCdB?該參數(shù)反映了耦合線上的耦合情況，也叫耦合系數(shù)，以功率比形式表征了耦合端輸出信號的幅度.,對應(yīng)上圖四端口網(wǎng)絡(luò)的 S31。下面給出各參數(shù)定義。下面結(jié)合框圖分別對這五個參P?數(shù)進(jìn)行定義。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：（255）??22 220221001010jjKKS jj? ??? ???? ?? ?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)。四端口網(wǎng)絡(luò)的部分散射參數(shù)410s?定義如下：（253a ）21U??（253b）31s?其中 代表 1 端口的輸入信號， 和 代表 3 端口的輸出信號，正負(fù)號與U? 2?3圖（）中箭頭方向相對應(yīng)。同理，不論信號從哪個端口輸入，得出的散射矩陣不變。由于仿真軟件對應(yīng)后向耦合方式，那么本文針對后向耦合進(jìn)行分析，即信號從 1 端口輸入時，2 端口為直通端，3端口為耦合端，4 端口為隔離端。由上述方程可解得：1/1I （20 000cos()si()cos()si()12n2ne Oin eljlljlUeZZZI Z???? ???? ????? ?41）因為前提要求 ，則：0in （200 0cos()s()cos()si()12i2ne OeljlljlZZ????????42）整理上式可得： （243）00eOZ?進(jìn)而求得： （244）1U （245）0022cos()sin()eOeUZj????????? （ 246）0000i32cos()sin()eOeOejUZj??????????? （）40在該波段的中心頻率上， ，代入上式可得電壓耦合系數(shù)：9ol??（248 ）031eOKUZ???下面求解該四端口定向耦合器的散射矩陣：令 （249）121342341243ssABSCDss?????????????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：（250a ）12sA???????（ 250b）1342Bs（250c ）3142C???????（ 250d）34sD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)。 偶模激勵下，傳輸線對稱面兩側(cè)電勢相等（磁壁） ，因此對稱面為開路形式，對稱面兩側(cè)傳輸線特征阻抗為 ，根據(jù)傳輸線網(wǎng)絡(luò) ABCD 矩陣（傳輸矩陣）可0eZ得：（227）00cos()sin()12inceeljlUUejIeIZ???????????????（228）00s()si()34ioeeljljI Ie??????????????結(jié)合偶模結(jié)構(gòu)具體電路，有：（229）01UZI???（230）2（231）3e?（232）04I整理上述矩陣及方程可得（233）00cos()sin()12eeZljlUe????（234）0cos())sin(eUZljl???（235）032cos())sin(eeUeljlZ?（236）04())i(eUljl???其中 ， 為信號的波長， 為傳輸線的長度。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。根據(jù)奇偶模分析的原理，將激勵信號 2U 分解為一對奇模激勵0Z（+U、U ）和一對偶模激勵（ +U、+U） ，分別對應(yīng)耦合器的奇模結(jié)構(gòu)和偶模結(jié)構(gòu)。 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(jìn)行奇模激勵分析和偶模激勵分析。M 開路a 1 / 2b 1 eb 2 ea 1 / 2圖 偶模激勵1[,]2e?1,aa?M 短 路a 1 / 2b 1 ob 2 o a 1 / 2圖 奇模激勵由偶模激勵可知，對稱面兩端輸入信號相等，對稱面相當(dāng)于開路，取對稱面左半平面進(jìn)行研究得：（23 ） 112eab??其中 為偶模激勵下的反射系數(shù)，由面對稱網(wǎng)絡(luò)的對稱性可得右半平面：e? （24 ）12e由奇模激勵可知，對稱面兩端輸入信號相反，對稱面相當(dāng)于短路，取對稱面左半平面進(jìn)行研究得：（25 ）112oab??其中 為奇模激勵下的反射系數(shù)，由面對稱網(wǎng)絡(luò)的對稱性可得右半平面：o?（26 ）12o?由上面分析可得：（27）??1112eoeoba???（28）22那么可推出原網(wǎng)絡(luò)反射系數(shù) 和正向傳輸系數(shù) ：?T（29）??1eoa（210）21eb???根據(jù)散射參數(shù)的定義：（211 ）iijjVs??代表 端口的輸出電壓， 代表 端口的輸入電壓，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的對稱性，互易iV?i j?j性，可得一般二端口面對稱網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣為：（212）12sTS??????????????其中 為原面對稱網(wǎng)絡(luò)的反射系數(shù)， 為正向傳輸系數(shù)，分別對應(yīng) 和 ，且該?T1s2矩陣沿主對角線對稱。將輸入信號 分為一組偶模激勵 和一組奇模激勵 ，?1aeaoa其中： （21） （22）可以看出 成立。 設(shè)一互易無耗二端口面對稱網(wǎng)絡(luò)的對稱面為 M，信號 a1 輸入該網(wǎng)絡(luò)，反射信號為 b1，經(jīng)過該網(wǎng)絡(luò)后的輸出信號為 b2，如圖 所示。分別對這兩個結(jié)構(gòu)進(jìn)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。在對定向耦合器進(jìn)行分析前，首先進(jìn)行面對稱網(wǎng)絡(luò)的奇偶模分析 [26]，在面對稱網(wǎng)絡(luò)奇偶模分析的基礎(chǔ)上，對定向耦合器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析 [27]，最后討論定向耦合器的幾個主要參數(shù)和分類。本章主要對耦合器的設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，并展望未來的發(fā)展。本章主要從理論角度對降低耦合器輸入端口反射系數(shù)進(jìn)行研究，并用仿真結(jié)果驗證該措施可行有效。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(jìn)行測量分析，并經(jīng)過后期修改完善，最終得出結(jié)論。本章首先討論實現(xiàn)寬帶耦合器需要的結(jié)構(gòu)，然后在此基礎(chǔ)上依次論述實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)所需要的電路參數(shù)的計算、物理參數(shù)的計算，最終針對小型化折疊進(jìn)行研究確定該耦合器的具體結(jié)構(gòu)形狀并對其進(jìn)行計算機(jī)仿真分析改進(jìn)。第三章 寬帶定向耦合器的設(shè)計與實現(xiàn)。第二章 定向耦合器的理論分析。根據(jù)以上耦合器的設(shè)計流程，本文主要分六章進(jìn)行討論，各章節(jié)內(nèi)容安排如下：第一章 緒論。對于實際器件的制作，首先要通過網(wǎng)絡(luò)分析，找到實現(xiàn)理想耦合器的約束條件。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(xì)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)。目前市場上的帶狀線或者微帶線耦合器絕大多數(shù)工作頻率均大于 500MHz。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。 本文主要工作隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對定向耦合器在性能、尺寸和成本等方面要求越來越高。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。本文研究設(shè)計的帶狀線耦合器工作頻段 30MHz 到 512MHz，波段系數(shù)略大于 17，通過對已有文獻(xiàn)資料進(jìn)行查閱分析，目前研究的帶狀線耦合器波段系數(shù)大都小于 10，而且工作頻率大都在 500MHz 以上。2022 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(dá)到本文要求。2022 年 Amin M Abbosh [23]通過槽孔耦合方式實現(xiàn)3dB 正交耦合器，但是工作頻段 ～，不滿足本文要求。1990 年 在論文中對 3dB 正交等波紋耦合器 [21]進(jìn)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。1966 年 和 [19]在發(fā)表的論文中提出，可以通過多節(jié)相同或者不同的耦合線交叉串聯(lián)實現(xiàn)寬帶等波紋 3dB 正交耦合。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。1966 年 [16]發(fā)表論文討論了寬邊錯位平行耦合結(jié)構(gòu)的電路參數(shù)和物理參數(shù)之間的關(guān)系，大大促進(jìn)了寬帶耦合器的物理實現(xiàn)。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。而后 1963 年 [12]發(fā)表論文，討論了 TEM 模耦合器和階梯阻抗變換器的等效，為以后耦合器的綜合奠定了基礎(chǔ)。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。1955 年，美國斯坦福研究院的 Seymour 、 、 和 等人開始了對帶狀線耦合器的研究，得到大量具有開創(chuàng)意義的成果，并發(fā)表一系列論文。同年[7]在發(fā)表的論文中對 TEM 模式耦合器進(jìn)行研究，并從理論角度推出了該種耦合器的設(shè)計。1944 年， 在兩個接地板之間，添加導(dǎo)帶電路，板間介質(zhì)為空氣，實現(xiàn)第一個平坦帶狀線耦合器，只是當(dāng)時并沒有“耦合器” 這一名詞。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。 定向耦合器的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀耦合原理最早被用來進(jìn)行射頻微波高功率線路的功率測量。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。由于種種技術(shù)原因不能將大功率信號直接測量或者顯示，可以通過測量耦合線采樣得到的小功率信號，來監(jiān)測及推算出主線上的大功率信號。定向耦合器由于能夠利用耦合線對直通線上的信號進(jìn)行采樣（耦合） ，因此多用于饋線電路及監(jiān)測電路。 [3]隨著更高頻率的射頻微波電路大范圍應(yīng)用，帶線定向耦合器做為一種重要的微波器件也越來越多的應(yīng)用在微波電路中。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。這兩條線（即直通線和耦合線）有四個端口，分別稱為輸入端，直通端，耦合端和隔離端。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。因此本文的工作也具有一定的創(chuàng)新意義。由波段系數(shù)計算公式可lf hf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。對于射頻微波器件，衡量其帶寬的兩個重要指標(biāo)分別是波段系數(shù)和相對帶寬 [2]。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(jìn)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。那么就引入一個問題：如何解決有限空間內(nèi)多部收發(fā)信機(jī)同時工作的兼容，即如何解決同波段同址干擾。比如，在一艘軍艦上有大量的電臺、雷達(dá)、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。 between direct port and couple port. By using this relation ship, the directional coupler researched in this paper can be used for quadrature vector synthesis of the VHF/UHF adaptive interference canceller.The couple mode of directional coupler are forward couple and back couple. According to the stripline model of the simulation instrument, back couple is discussed in detail in this paper. At fi