基于小型化微带双分支定向耦合器的设计方案

该方案应用HFSS软件对结构进行了优化仿真设计，并制作和测量了一款工作在L波段用于海事卫星通信的微带耦合器样件。该耦合器样件比传统双分支定向耦合器面积缩小了51%,实测结果与仿真结果吻合较好，验证了方案的可行性。

0 引言

近年来，通信技术取得了长足快速的发展，微波通信设备也随之发展起来。如今通信设备趋于小型化、便携化，这对通信设备中无源器件的尺寸缩小提出更高的要求。

定向耦合器具有简单的结构以及良好的方向性，在微波通信中得到了较为广泛的应用。定向耦合器的种类从结构上分有微带型、波导型和同轴型等;从耦合方式上有分支线耦合、微带平行耦合线耦合、小孔耦合等。传统微带形式的定向耦合器无法克服所占面积较大的缺点，因此限制了其在便携微波设备上的应用。目前，定向耦合器的小型化已经成为了一个热门的课题。

1通过补偿电容，提高了耦合器的方向性并减小了尺寸;2通过引入多个开路枝节，实现了微带混合环的小型化;3采用了T型等效的方法实现了小型化;4采用了主线、副线以及耦合线的鱼骨形等效实现了小型化，避免了T型等效的中心重叠问题。但3-4仅仅是理论上的仿真，并没有考虑到实际微波器件的耦合效应。

本文基于前人的研究成果，提出了一种小型化的微带双分支定向耦合器设计方案，有效地解决了T型等效的中心重合问题以及主线、副线以及耦合线的鱼骨形等效的耦合失真严重的问题。利用HFSS软件进行仿真优化设计，并做出了实物进行测试。

1 定向耦合器的小型化设计

传统微带双分支定向耦合器的结构示意图如图1所示，分支线长度及其间距均为1 4 中心相波长。其输入、输出端口的特性阻抗为Z0 ,AB段与DC段的特性阻抗为2 Z0 ,AD 段与BC 段的特性阻抗为Z0 .由于1已经给出了详尽的原理解释以及设计公式，本文将不再赘述。

然而，传统的微带双分支定向耦合器尺寸较大，本文通过传输线的对称等效，设计了一种小型化的微带双分支定向耦合器。传统微带双分支定向耦合器分支线的等效电路示意图如图2所示。

由等效前后A 矩阵相等，已知θ1 = 90° ,可得：