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微波功分器与耦合器作为微波电路的两种最基本元件,在微波系统应用中发挥着非常重要的作用,设计各种高性能的微波功分器与耦合器是国内外研究热点之一。本文基于传统微带工艺加工技术,以300MHz～10GHz的微波无线通信为应用背景,对小型化、高功率分配比、宽带、谐波抑制、双频及多频带微波功分器和耦合器进行研究设计,具体研究内容包括：
⑴提出了两种实现方案以解决高功率分配比功分器中高阻抗线的加工难题。第一种方案通过在传统功分器结构中加载隔离短截线,降低了高阻抗线的阻抗值,获得了较大的工作带宽。第二种方案采用具有高等效特性阻抗的短路平行耦合线结构对传统不等分Wilkinson功分器的高阻抗线进行等效替代,避免了直接使用高阻抗线,大大降低了结构对加工精度的要求。
⑵建立了缺陷地(Defected Ground Structure,DGS)加载短路平行耦合线的等效电路模型,分析结果表明DGS的加载可有效降低短路平行耦合线等效特性阻抗,展宽其工作带宽。在此基础上将DGS加载短路平行耦合线结构分别等效替代了传统T型结巴伦和180。鼠笼式耦合器(Rat-Race Coupler,RRC)中的四分之三波长分支线,从而实现了小型化和宽带化的T型结巴伦和180°RRC。
⑶介绍并比较了两种同一电长度开路短截线和两种不同电长度开路短截线加载的传输线结构,从而得出不同电长度开路短截线加载的传输线结构具有宽阻带和高选择特性,并将这两种结构分别等效替代传统90°分支线耦合器(Branch-Line Coupler,BLC)和功分器中的阻抗分支线,从而实现了小型化和宽阻带谐波抑制性能。
⑷通过将具有双频等效特性的短路/开路短截线加载传输线结构替代传统不等分90°BLC中的四分之一波长阻抗分支线,从而实现了双频高功率分配比不等分90°BLC;进一步提出了同样具有双频等效特性、加工更加灵活的短路短截线加载平行耦合线结构,并利用该结构单元研制了双频等分和不等分(功率分配比为7:1)Wilkinson功分器。仿真和测试结果表明该类型功分器具有良好的双频工作性能,同时也可用于高功率分配比设计。
⑸将具有三频等效特性的短路/开路短截线加载阶梯阻抗线结构(SIL-SS/OS)对传统Wilkinson功分器中的四分之一波长阻抗分支线进行替代,实现了同时具有三频工作特性以及良好功率传输、匹配和隔离特性的3 dB Wilkinsoll功分器;在此基础上采用SIL-SS结构同样研制了工作性能良好的三频不等分Wilkinson功分器;进一步提出具有四频等效特性的短路和开路短截线混合加载传输线结构,并将该结构替代传统Wilkinson功分器中的四分之一波长阻抗分支线,从而研制出了工作性能良好和设计准确度高的四频带Wilkinson功分器。