宽带耦合器的设计

王志刚 曹迅

摘要：在現代通信和微波系统中，耦合器具有广泛的应用，是许多微波电路的重要组成部分。宽带耦合器的耦合平坦度指标与工作带宽有很大的关系，带宽越宽，平坦度越差。文中给出了一种宽带耦合器的设计方法，通过对宽带耦合信号的幅度进行补偿，使得耦合信号平坦度指标得到明显的改善。经过实践证明，该方法具有很好的工程应用。

关键词：宽带耦合器;均衡电路;耦合平坦度

中图分类号：TN622 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0150-02

耦合器是微波测量中的关键器件， 可用于监测发射机的输出功率，输出频谱，发射机到天线端的反射功率等。在实际工作中，功放输出功率控制保护电路，需要采用耦合信号强度作为基准，来进行环路控制。由于耦合信号的幅度是频率的函数，所以要经过均衡电路，使其最后输出的幅度在频段内是平坦的。

1 定向耦合原理

定向耦合器是把两根传输线近距离放置，使一根传输线上的功率可以通过电磁耦合传输到另外一根传输线上的一种微波无源器件。图1为集中常见的带状耦合器形式。

2 详细电路设计

设计一款宽带耦合器，具体的参数如下：

频率：225MHz-500MHz;

耦合度：-54±1dB;

耦合平坦度：<0.5dB。

2.1 耦合电路设计

耦合电路采用主线为50欧姆的同轴电缆形式，介质为聚四氟乙烯，耦合印制板材料同样是聚四氟乙烯。在同轴电缆上所挖槽的高度和耦合线的印制板厚度相当，让印制板和同轴电缆的介质紧密接触，保证了耦合线上下的介质均匀。具体的电路形式如图2所示。根据微波网络理论分析，耦合器的在远离耦合器的中心频率时，工作频率每上升一个倍频程，耦合度就上升6dB。为了使定向耦合器输出端的幅频特性在带内保持平坦，需要设计一个以每倍频程6dB下降的射频均衡网络。

2.2 射频均衡网络的设计

射频均衡网络是利用谐振电路阻抗的模值与频率的斜率关系，通过选择合适的电路拓扑结构来实现的。由于LC串联谐振回路的特性是在偏离谐振频率点时阻抗的模单调上升的，而LC并联谐振回路的特性是在偏离谐振频率点时阻抗的模单调下降的，利用上述性质可以使得射频补偿网络的幅频特性满足以每倍频程6dB下降。具体的电路形式以及ADS仿真曲线如图3、图4所示。

图5，图6为实测的均衡电路曲线和加均衡电路后的耦合器测试曲线。根据图6可以看出耦合器最终的测试结果：频带内耦合度为-54dB，耦合平坦度为0.4dB，实际测试结果符合设计要求。耦合器尺寸为：80mm*22mm*22mm。采样液冷散热，实测的通过功率为连续波1000W。

3 结语

本文设计了一款宽带耦合器，采用同轴电缆形式的带状耦合器结构，配合射频均衡网络，具有体积小、重量轻、价格低廉、可靠性高、通过功率大、耦合平坦度小等优点。目前，该耦合器已在实际工程中得到了成功应用。

参考文献

[1]闫润卿.微波技术基础[M].北京：北京理工大学出版社，2010.

[2]顾继慧.微波技术[M].北京：科学出版社，2008.

[3]胡助明.宽带带状线定向耦合器的设计[D].成都：电子科技大学，2008.

[4]徐锐敏.微波技术基础[M].北京：科学出版社，2009.

Design of Broad bang Coupler

WANG Zhi-gang1， CAO Xun2

（1. Shi jia zhuang Norton Human Resources Co.， Ltd. Shijiazhuang Hebei 050000;

（2. Hebei Branch of China United Network communication Co.， Ltd. Shijiazhuang Hebei 050000）

Abstract：The couplers are widely used in modern communication and microwave systems and an important part of many microwave circuits. The coupling flatness index of broadband coupler has a great relationship with the working bandwidth. the wider the bandwidth， the worse the flatness. A design method of broadband coupler is presented in this paper. by compensating the amplitude of broadband coupling signal， the flatness index of coupling signal is improved obviously. Practice has proved that this method has a very high process application.

Key words：broadband;equalizing circuit;coupling flatness