Coupler之六：微帶耦合器改善定向性措施123

Coupler之六：微帶耦合器改善定向性措施123。碎片三分鐘，收獲一丟丟。

上文說到微帶耦合器（通常是指下圖中的裸露式微帶平行雙線耦合器）周圍介質不均勻，奇偶模相速不等：

導致定向性指標劣化到5dB左右，可采取5種優化措施。

微帶耦合器定向性指標優化措施1

觀察上圖，埋入式微帶平行雙線耦合器指標優于裸露式，所以很容易想到在裸露式微帶雙線耦合區上方貼一塊介質片。就能讓裸露式變為埋入式，使奇模相速也變慢，自然就提高了定向性指標：

對比上面左右兩圖的藍色雙箭頭：

左圖的裸露式微帶耦合器定向性指標5dB；

右圖的帶介質貼片的埋入式微帶耦合器定向性指標24dB，優化了19dB，效果明顯。

粘這種貼片介質，早期軍工常用，但現在認為，工程上可操作性不佳。

微帶耦合器定向性指標優化措施2

在微帶耦合器的耦合區貼幾只奇模電容，跨接在平行雙線之間，也會使奇模相速變慢，從而提高定向性指標。

對比上面左右兩圖的藍色雙箭頭：

跨接3只貼片0.07pF奇模電容，微帶耦合器定向性指標由左圖5dB也優化到右圖24dB，改善了19dB，效果明顯。

要注意的是：3只0.07pF的電容適用于2GHz頻段的微帶耦合器，0.07pF電容難以找到，而且電容精度影響定向性指標，增加了成本，降低了可靠性。

微帶耦合器定向性指標優化措施3

上面所講的兩種優化措施，在工程上可操作性不好，所以不常用。

真正常用的是將微帶耦合器的耦合線變為鋸齒形或者城墻垛形，以提高定性指標，二者原理上相同，都是減慢奇模相速，本文只仿真分析城墻垛形耦合線。

對比上面左右兩圖的藍色雙箭頭：

將微帶耦合器的耦合線變為城墻垛后，定向性指標由左圖5dB優化到右圖32dB，效果明顯。

這種城墻垛圖形，物料成本為零，所以在工程上很常用。

城墻垛圖形能降低奇模相速，可從下面的對比圖理解。

奇模成份主要位于平行雙線的間隙內，所以奇模電流（如紅色箭頭線所示）集中于互相靠近的窄邊上，隔河相望，城墻垛形使奇模電流拐彎，增加了路徑，減慢了奇模相速。

下圖仿真了城墻垛的深度對奇模相速的影響：

按照《042_Coupler之五：非均勻介質的微帶窄邊耦合器》中所介紹的方法仿真和計算奇模相速。

仿真的相位如下：

使用公式V = f * λ 計算相速。

但與上文的計算方法稍微不同的地方在于：

三個mark點對應的相位是0度，換算成絕對相位是360度，即一個波長。

紅色m1對應0.1mil齒深，頻率9.31GHz，奇模相速：

Vem1 = 9.31*109 *800mil/秒 =189187900米/秒，相當于真空光速的60%。

藍色m3對應24.1mil齒深，頻率7.44GHz，奇模相速：

Vem3 = 7.44*109 *800mil/秒=151180800米/秒，相當于真空光速的一半。

顯然齒越深，奇模相速越慢。

有一點需要說明：奇模仿真模型，隱含了一個鏡面對稱的邊界條件，意味著平行雙線是對稱的城墻垛形。

而工程上只將單邊耦合線變成城墻垛形，所以工程上的單邊城墻垛形奇模相速的仿真計算，必須采用全3D模型，仿真差模相速（略）。理論上差模相速等于奇模相速。

總結

? 在微帶耦合器的耦合區上方粘貼介質片，能優化定向性指標，可操作性不佳。早期工程上常用，現在不用了。

? 在微帶耦合器的耦合區跨接奇模電容，能優化定向性指標，但電容容值很低，不易找到，容值精度影響定向性指標，工程上不常用。

? 將微帶耦合器的耦合線圖形刻成鋸齒形，或改為城墻垛形，物料成本為零，是工程上廣泛使用的措施。

? 這三種定向性優化措施，都是采用減慢奇模相速的方法來實現的。

微帶耦合器，工程上還有兩種常用的定向性優化措施，且看后文分解。