1 导言
定向耦合器的功用是把输入的电磁能量依照必定的份额从不同的端口输出，具有功率分配功用。在微波技能中，定向耦合器用来监督功率、频率和频谱；把功率进行分配和组成；构成天线的收发开关、平衡混频器和丈量电桥。因为定向耦合器在信号处理体系、通讯等范畴起着无足轻重的效果，所以寻觅功用更好、功用共同的定向耦合器，一直是人们很感兴趣的一个范畴。耦合器规划的要求首要包含四个端口的S参数和相位安稳，而且要求耦合器小型化以及制作成本低。
跟着通讯技能的开展，越来越多通讯体系要求耦合器作业在双频或多频段，例5.2-5.8GHz的无线局域网(WLAN)窄带体系频段；900MHz 和1.8GHz的GSM体系。近年来，很多人提出了双频耦合器的规划办法和结构，比方，选用π型或T型替代四分之一波长传输线的耦合器；在耦合器的端口处参加开路枝节或短路枝节；改动耦合器上四分之一波长的分支传输线的参数。但是，这些双频耦合器的规划往往尺度较大，而且只独自评论了WLAN频段内或GSM频段内的窄带特性，而很少提及覆盖着两频段的宽带耦合特性，不能满意此刻多频、宽带的通讯体系需求。
根据以上的研讨布景，本文提出了一种作业在双频带体系、分支线选用SIR结构的宽带耦合器。这种耦合器的特点是引证四根
的分支线，并在这些分支传输线上采纳SIR结构。
经过改动SIR结构上传输线的阻抗，该耦合器能够在作业的双频段（凹凸频段）上灵敏操控谐振点的方位和带宽，以使散射参数契合目标。选用Zeland IE3D对SIR结构中的传输线各个参数进行研讨，仿真成果显现，经过改动在耦合器分支线中SIR结构的阻抗，能够操控谐振点的方位，以满意所需的带宽。所规划完成的双频耦合器作业在1.8GHz-2.45GHz频段和5.2-5.8GHz频段，带宽分别是36%和22%，覆盖了WLAN体系的频段和GSM体系的频率。
2 耦合器结构和规划
该耦合器的结构如图1所示。为了完成耦合器扩展作业带宽，咱们在双频段内各自引进较多的谐振点，耦合器选用4段平行的传输线组成，长度约等于中心频率处的二分一波长。而L1和L4的长度约为中心频率处的四分一波长。经过奇偶模法剖析该耦合器的A矩阵，然后开始得出耦合器各分支线的阻抗。
一起咱们在L3处引证了SIR结构，如图2所示。经过调理SIR的W3和W1，能够改动耦合器特性。图3和图4给出了选用Zeland IE3D的仿真成果。咱们选用了相对介电常数为εr=2.55，厚度h = 0.8 mm的介质基片，此刻
。
能够看出，跟着W6增大，在高频段中的三个谐振点逐步地往外扩，带宽相应地添加，而低频段处的三个谐振点逐步地会集，带宽相应地变窄；当W5减小时，高频段中的带宽逐步添加，而低频段的带宽改动不明显。从图中曲线能够看出，咱们能够调理L5和L6的阻抗比，然后在两段频段处找出最优的S参数。
图1 耦合器电路结构
图2 引证SIR结构的耦合器
图3 W5对耦合器回波损耗的影响
图4 W6对耦合器回波损耗的影响
3 仿真与丈量成果
耦合器的规划模型如图5所示，该耦合器在介电常数为2.55，厚度为0.8mm的微带基片上规划并加工。图6是耦合器的什物相片。
图7至和图10为耦合器仿真和丈量的S参数振幅曲线图。图11为输出端口间相位差的仿真图和丈量图。表一给出了耦合器在1.8GHz、2.45GHz、5.2GHz、5.8GHz频点上四个端口的插入损耗和回波损耗、以及相位差。成果显现，耦合器在两个频段内具有较宽的通带，覆盖了低频段处1.8GHz -2.6 GHz和高频段处的5GHz-6GHz，完成了功率平分，且相位差为90度。在低频段处1.8GHz -2.6 GHz处输出端口2超前于端口3；而在高频段处的5GHz-6GHz处，端口2落后于端口3。
比照仿真成果和实测成果发现：在低频部分，两者符合地比较好，在高频5.2/5.8GHz频段呈现了略微的误差，剖析原因在于介质板在高频时，其介电常数呈现了误差，而且加工的精度也带来了误差。从全体上来看，两者的一致性仍是很好的，说明晰仿真的可行性。
图5 结构示意图
图6 什物相片
图7 S11的仿真和丈量成果（振幅）
图8 S41的仿真和丈量成果（振幅）
图9 S31的仿真和丈量成果（振幅）
图10 S21的仿真和丈量成果（振幅）
图11 输出端口的相位差
表1 在各频点上的仿真值和丈量值
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1.8 GHz |
2.45 GHz |
5.2 GHz |
5.8 GHz |
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仿真值 |
回波损耗(dB) |
-14.6 |
-16.6 |
-17.3 |
-29.6 |
|
插入损耗(dB) |
-3.3/ -3.48 |
-3.16/ -3.39 |
-3.24/ -3.35 |
-3/ -3.24 |
|
|
相位差(deg） |
90.2 |
87.7 |
-91.2 |
-90.67 |
|
丈量值 |
回波损耗(dB) |
-19 |
-19.5 |
-26.8 |
-18.2 |
|
插入损耗(dB) |
-3.3/ -3.5 |
-3.32/ -3.49 |
-3.5/ -3.7 |
-3.7/ -3.8 |
|
|
相位差(deg） |
91 |
91.8 |
-87 |
-85 |
4 定论
本文介绍了一种分支线选用SIR结构的宽带双频耦合器。这种耦合器引证了四根S31的分支线，并在这些分支传输线上选用SIR结构。经过改动SIR结构上传输线的阻抗，该耦合器完成了在作业的双频段（凹凸频段）上带通特性，且能够灵敏地调理谐振点的方位，有效地扩展带宽。在1.8-2.45GHz和5.2-5.8GHz两段频段内有较好的特性，既满意GSM的1.8GHz频段的体系，也满意无线局域网(WLAN)体系要求。
