双频段定向耦合器设计开题报告

1. 研究目的与意义

定向耦合器是通信系统中的核心器件，一直以来都是微波器件的研究中心和重点，随着无线通信技术发展迅速，尤其是wlan技术的发展，单频段通信已经不能满足人们的需求和系统要求，系统里面的微波器件需要能够同时满足单频段和双频段，甚至是多频段内进行工作。中国进入5g移动通信，对双频段定向耦合器的深入研究更加迫切。基于以上背景，为了适应时代的发展和变化，发展双频段定向耦合器是十分有必要的。是为了实现双频段定向耦合器的仿真。

在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是bethe小孔耦合理论，cohn和levy等人也做了很多贡献。随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线。随后由于微波电路与系统的需要有相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线。这样就出现了各种传输线定向耦合器。第一个真正意义上的定向耦合器由h. a. wheeler在1944年设计实现，wheeler使用了一对长为四分之一中心频率波长的圆柱来实现电场与磁场的能量相互耦合，遗憾的是这种方法只能实现一个倍频程的带宽。定向耦合器是微波电路中一种有方向性的功率分配器。广泛应用于测量、通信、雷达等电子设备中。传统的设计方法是根据修正后的bethe小孔耦合理论进行计算和设计。为了适应电子设备发展的不同需要, 定向耦合器也从单孔耦合发展到多孔耦合, 从波导的窄边耦合发展到宽边耦合, 以满足窄带、宽带和弱耦合、强耦合的不同要求。近些年来，随着移动通信和无线通信系统迅速发展，多频段、小型化微波器件的研究与设计已成为当前的主流趋势.

定向耦合器的主要实现技术两种，一为耦合线定向耦合器，其耦合区长度为四分之一的整数倍，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，输出相位差往往是90度或180度，剩余的一个端口为隔离端，理论上隔离端不输出任何能量，耦合器电路奇偶模分析，是四端口网络，中间使用特定的终端条件，形成二端口网络。另一种为分支线定向耦合器，两输出端口结构上相邻，输出相位差也可以实现90度或180度，常用于强耦合场合。

2. 研究内容与预期目标

正交定向耦合器在微波电路中广泛使用，它们可以被分为前向耦合器与后向耦合器。典型的前向耦合器是分支线耦合器，而lange耦合器是常见的一种后向耦合器。

随着无线通信技术的进步，在很多的应用中需要可以实现双频段工作的小型微波器件，如认知雷达技术等。有多种双频段技术被提出，如利用复合左右手传输线代替传统传输线以实现双频段工作，利用端口扩展实现双频段工作等。

耦合线是一种四端口网络，通过将两个端口端接特定的负载条件，如短路、开路、接地等，可以形成具有特定性质的二端口网络，这种电路在滤波器、微波巴伦等电路中由广泛的应用。

3. 研究方法与步骤

4. 参考文献

[1] george l. matthaei, leo young, e. m. t.jones. microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures.artech house, 1980

[2] 廖承恩.微波技术基础.西安电子科技大学出版社

[3] 丁君.工程电磁场与电磁波. 高等教育出版社

5. 工作计划

1. 2.20-3.20阅读有关文献，理解耦合线电路原理分支线定向耦合器工作原理；熟悉软件工具，掌握仿真方法；完成开题报告。

2. 3.21-3.31 对于耦合线电路进行电路特性仿真分析。

3. 4.1-4.10 建立耦合线电路的电磁仿真模型进行仿真分析，通过仿真得到其奇偶模特性阻抗与器件结构之间的关系。