Ka波段3dB定向耦合器的設計與仿真

本文設計了一個五級分支波導耦合器，在HFSS中建立的模型如圖6所示，仿真結果顯示，在圖7中，在26 GHz～34 GHz頻段內，回波損耗低于-19dB，兩路輸出的幅度相差只有0．3dB，具有寬帶緊耦合的特性。圖8為2、3端口相位隨頻率變化的曲線，從圖中可以看出2、3端口的相位差為90°，與理論推導一致。圖9為3端口與2端口傳輸系數隨頻率變化的曲線，從圖中可以看出，在整個頻段內S32-20 dB，兩端口輸出隔離效果很好。圖為4端口與1端口傳輸系數隨頻率的變化曲線，在整個頻段內，S41-20 dB。

3 仿真結果分析
從仿真結果可以很明顯的看出分支線定向耦合器的帶寬有限，只有2GHz～3CHz左右。從理上分于析，由于對λg／4微帶線寬的敏感，微帶分支線耦合器一般只能做到100％～20％，若要求頻帶更寬，可采用多節分支耦合器。但隨著級數的增多，耦合器的某些支節線會很細，由于工藝的限制，導致無法加工。
相比于微帶分支線耦合器，波導耦合器的帶寬要比微帶分支線耦合器寬的多。本文仿真的波導耦合器在Ka波段展現出了良好的性能，不僅帶寬很寬，而且損耗很低。可以應用在對于損耗要求很低的場合，例如低噪聲放大器的無源電路設計中。但是波導耦合器的尺寸相比之下要比微帶分支線耦合器大的多，在某些對電路尺寸要求很高的場合，微帶分支線耦合器反而更適用。

4 結束語
本文根據耦合器原理，設計仿真出了一種微帶分支線耦合器以及波導E面耦合器。在Ka頻段內，兩種耦合器都展現出了良好的性能。其中微帶分支線耦合器在29GHz～31GHz之間，輸入端口反射系數小于-23dB，兩個輸出端口的幅度不平衡度小于0．7dB；波導E面耦合器在26GHz～34GHz頻段內，回波損耗低于-19dB，兩路輸出的幅度相差只有0．3dB。仿真結果表明，這兩種耦合器可以被廣泛的用在平衡式放大器以及其他微波通信系統中。