Coupler之五：非均勻介質(zhì)的微帶窄邊耦合器。碎片三分鐘，收獲一丟丟。

上文說(shuō)到非均勻介質(zhì)中的奇偶模相速不等導(dǎo)致耦合器定向性不佳，現(xiàn)在看具體仿真事例：

雖然近端耦合度都是20dB，但遠(yuǎn)端隔離度有很大差異。

2.5GHz頻點(diǎn)，帶狀雙線遠(yuǎn)端隔離度達(dá)到46dB，定向性26dB；

2.5GHz頻點(diǎn)，埋入式微帶雙線遠(yuǎn)端隔離度達(dá)到33dB，定向性有13dB；

2.5GHz頻點(diǎn)，裸露式微帶雙線遠(yuǎn)端隔離度只有25dB，定向性只有5dB；

我們常說(shuō)的微帶耦合器，恰恰是上述裸露式微帶雙線耦合器，定向性最差，5dB。

帶狀雙線的電磁場(chǎng)只位于均勻介質(zhì)內(nèi)；

埋入式和裸露式微帶雙線的電磁場(chǎng)一部分在介質(zhì)內(nèi)，一部分在空氣中，所以說(shuō)介質(zhì)不均勻；

比較而言，埋入式的介質(zhì)均勻性稍好于裸露式。

微帶窄邊耦合器仿真設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)耦合器步驟如下：

1、先按下邊的電壓耦合度k0公式，計(jì)算出奇模阻抗和偶模阻抗；

2、再在POLARSI9000軟件中算出線寬和線間距（略）；

或者在HFSS中建立微帶雙線的對(duì)稱面半模型，調(diào)整線寬和線間距，幾次疊代即可擬合得到符合奇模阻抗Z0o和偶模阻抗Z0e的線寬和線間距；

奇模仿真和偶模仿真的對(duì)稱面的邊界條件按如下設(shè)置：

上文提到過(guò)，平行雙線耦合器沿軸向（信號(hào)傳播方向）正中間存在一個(gè)無(wú)形的鏡面：

如果仿真奇模，就將對(duì)稱鏡面設(shè)置為PerfectE；

如果仿真偶模，就將對(duì)稱鏡面設(shè)置為PerfectH；

將微帶雙線對(duì)稱鏡面的一半模型的橫截面，整個(gè)設(shè)置為Waveport，歸一化阻抗50歐。

3、設(shè)置好其余邊界條件和掃頻范圍，仿真完成，可觀察TDR仿真結(jié)果：

也可以按照《003_差模阻抗共模阻抗奇模阻抗偶模阻抗都是些什么鬼？》中的ADS優(yōu)化方法，仿真出差模阻抗和共模阻抗。再間接算出奇模阻抗和偶模阻抗。

再觀察奇模相位和偶模相位：

同樣的模型，同樣的物理長(zhǎng)度1200mil，同樣的頻點(diǎn)1.5365GHz，裸露式微帶雙線奇模相位90度，而偶模相位卻是99度。

根據(jù)公式V = f * λ 就很容易知道奇模相速和偶模相速不等，奇模相速更快。

Vo= (1.5365*1000000000)*[(360/89.97)*(1200*0.0254*0.001)] = 187392544米/秒

Ve= (1.5365*1000000000)*[(360/98.89)*(1200*0.0254*0.001)] = 170489505米/秒

扯遠(yuǎn)了。

4、按照TDR仿真出來(lái)的線寬和線間距，初步建模：

按“1輸入2直通3近耦4遠(yuǎn)耦“的習(xí)慣對(duì)端口做編號(hào)。

5、查看全端口阻抗匹配、耦合度、遠(yuǎn)端隔離度、相位等指標(biāo)：

總結(jié)

根據(jù)上述仿真結(jié)果，可以對(duì)裸露式微帶雙線耦合器特征，做個(gè)總結(jié)了：

? 微帶窄邊耦合器能做到全端口無(wú)損匹配；耦合區(qū)的雙線適當(dāng)變細(xì)，以適應(yīng)每個(gè)端口的阻抗匹配；

? 中心頻率（最低）由耦合區(qū)長(zhǎng)度等于λ/4導(dǎo)波波長(zhǎng)決定；

? λ/4導(dǎo)波波長(zhǎng)的中心頻率（最低）及其奇數(shù)倍頻點(diǎn)的耦合度最大；

? 最短電長(zhǎng)度為λ/4導(dǎo)波波長(zhǎng)；

? 耦合度由平行雙線間隙決定；

? 耦合端與直通端的相位差為90度，與頻率無(wú)關(guān)。

? 微帶窄邊耦合器適合于做弱耦合器，很難將耦合度做到強(qiáng)于10dB；

? 中心頻點(diǎn)的定向性指標(biāo)只能做到5dB左右；

編輯：黃飛

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