【摘 要】
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近几年万物互联成为社会的发展趋势,无线通信技术发展势头迅猛,射频前端电路中的射频微波器件不断向着宽带化、小型化、抗干扰能力强的方向快速发展,定向耦合器作为射频微波器件中一类重要的无源器件,对其各项指标也有了更高的要求。目前较为常见的是微带线和带状线定向耦合器。由于微带线传输准TEM波,而带状线传输TEM波,因此用带状线作为耦合传输线可以设计强耦合、高方向性的耦合线定向耦合器,这有益于提升定向耦合器
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近几年万物互联成为社会的发展趋势,无线通信技术发展势头迅猛,射频前端电路中的射频微波器件不断向着宽带化、小型化、抗干扰能力强的方向快速发展,定向耦合器作为射频微波器件中一类重要的无源器件,对其各项指标也有了更高的要求。目前较为常见的是微带线和带状线定向耦合器。由于微带线传输准TEM波,而带状线传输TEM波,因此用带状线作为耦合传输线可以设计强耦合、高方向性的耦合线定向耦合器,这有益于提升定向耦合器的工作性能。传统的耦合线型弱耦合定向耦合器对耦合线之间的距离精度要求高,容易造成加工误差,本文提出了一种新型的电阻型弱耦合传输线定向耦合器,由传输线和电阻构成,通过电阻进行信号的耦合,使传输线之间的耦合作用可忽略不计,降低了加工难度。本文主要内容为:1、对于n节平行耦合线定向耦合器的结构,在商业电磁工具中建立理想耦合器模型,研究对比由n（n为奇数）节耦合线直接级联的对称型定向耦合器和利用两个对称型耦合器交叉级联的定向耦合器的优缺点。仿真结果表明,在相同带宽和耦合度的条件下,前者尺寸较小,后者的尺寸较大;在不考虑尺寸大小的情况下,后者中间耦合线的偶模阻抗值要小于前者,使得更易进行加工制作从而减小误差。2、设计一款工作频率范围为0.7-4.2 GHz的宽带3 d B Tandem定向耦合器。此款定向耦合器在结构上由一个5节对称型弱耦合定向耦合器和一个单节弱耦合定向耦合器交叉级联构成。此定向耦合器的仿真结果良好,回波损耗和隔离度均优于18 d B,直通端S21和耦合端S31的带内波动最大为±0.4 d B,直通端与耦合端输出信号相位差为（90±0.5）°。3、设计一款可以在低温（24 K）环境下保持良好性能的正交定向耦合器。该定向耦合器选用合适的材料,采用平行偏置耦合的带状线作为耦合传输线,整体结构关于中心对称,耦合度为3 d B,工作频率范围在0.7-4.2 GHz,直通端和耦合端输出信号相位正交。通过反复优化调整,得到了一款工作性能良好的定向耦合器。仿真结果表明,回波损耗和隔离度均优于20 d B,直通端S21和耦合端S31的带内波动最大为±0.25 d B,相位差为（90±1.4）°。4、用传输线和电阻分别设计了耦合度为20、30和40 d B的电阻型弱耦合传输线定向耦合器,并总结其工作性能。选择由2节传输线和3个电阻构成且耦合度为20 d B的定向耦合器实物加工后进行测试,结果表明,在1-3 GHz带宽内,回波损耗优于22 d B,隔离度大于22d B,耦合度在20 d B左右,插损最大为2.7 dB。
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