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040_Coupler之三：改进型环形耦合器6 T8 t& u+ }" u
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EDA365原创 作者：何平华老师
6 I4 p8 J4 k1 H; o+ O改进型环耦合器。碎片三分钟，收获一丢丢。 ' Y7 o' C) F) g3 m
传统的环形线耦合器 " V: `; b9 s, N: p9 R( L# T% w
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将分支线耦合器中的一根λ/4微带线变长为3λ/4微带线，就大概成了传统的环形线耦合器。 当然，各段传输线的阻抗都有变化，才能符合4端口阻抗匹配、隔离端口无信号的要求。 另外，各端口的相对位置也变了。 关于这些基本概念问题，可参见公众号的第25和第35篇文章。 现在要讨论的是上面右图中的传统环形耦合器的3λ/4微带线，这根线太长了，使得环形线耦合器总长度达到3λ/2，比分支线耦合器多了λ/2，使得PCB布局面积增大。 本质上这根3λ/4微带线需要引入270度相移。 上一篇文章《039_微带电路中的无源反相器》中有一个HFSS模型，以108度的物理长度实现了288度的相移。——其实本质是：物理长度为90度（λ/4）的无源反相器，能实现270度（3λ/4）相移。因为模型中有18度相移是附加的端口结构引入的。 那么就试试用无源反相器替代传统的环形耦合器中的270度(3λ/4)微带线。
2 @; x g. F& |8 l9 R. o R1 {0 p改进型环形耦合器仿真 HFSS建模如下图所示： * E0 @ O' E" t" ]$ a
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4段线的物理长度都是λ/4，与分支线耦合器很象，但是： 其中有一段线是无源反相器，本身是叉指状布线，其等效阻抗也是70.7欧； 为了实现等功分特征，有三段线阻抗都设置为70.7欧。 （补充：等功分的分支线耦合器4段微带线阻抗是不等的，参见公众号第25篇文章） 改进型环形耦合器仿真得到的各端口的S参数如下：
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红绿两线几乎重叠，说明功率平衡度指标较好。 如果以20dB回损指标作为带宽限制，则带宽为2.05~3.1GHz，相对带宽达到40%了。 再看相位平衡度指标：
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在中心频点2.5GHz，两个功分端口的相位差异为184.7度，有误差，可以通过进一步优化微带线的长度纠正。
* ~8 a; |) p$ ?: Z' q. N6 {总结物理长度为90度的无源反相器，能实现270度相移，可以替代传统的环形耦合器中的270度微带线： 各项指标没有明显劣化； 与分支线耦合器有着同样的布局面积； 但是无源反相器对PCB的加工精度要求较高，例如细线细间距、过孔较小等等。
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发表于 2022-9-5 17:37
