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30MHz-512MHz宽带带状线定向耦合器的设计与实现
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新型耦合器开发与设计,30MHz-512MHz宽带带状线定向耦合器的设计与实现,
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分类号 学号 M200972028
学校代码 1 0 4 8 7 密级
硕士学位论文
30MHz-512MHz 宽带带状线
定向耦合器的设计与实现
学位申请人
:刘苏苏
学科专业
:
微电子学与固体电子学
指导教师
:
占腊民 副教授
答辩日期
:
2012.1.8
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Design and Implementation of 30MHz-512MHz
Broadband Strip line Directional Coupler
Candidate : Liu Susu
Major : Microelectronic and Solid State Electronic
Supervisor : Associate Prof. Zhan Lamin
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan, Hubei 430074, P. R. China
January, 2012
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或
集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在
文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期: 年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权
保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□, 在 年解密后适用本授权书。
不保密□。
(请在以上方框内打“√”)
学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年 月 日 日期: 年 月 日
本论文属于
I
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
摘 要
在现代通信和微波系统中,定向耦合器具有广泛的应用,是许多微波电路的重
要组成部分。随着通信技术的快速发展,定向耦合器的指标要求也越来越高,总是
希望定向耦合器的工作带宽越来越宽,尺寸越来越小,方向性更高,可靠性更好。
由于耦合带状线定向耦合器在小型化、宽频带方面的优势使其成为定向耦合器设计
的研究热点。本论文便是利用耦合带状线结构来设计定向耦合器。
本论文要求设计的带状线定向耦合器工作频段在 30MHz-512MHz,耦合度为
50dB,方向性大于 13dB,耦合平坦度为±0.7dB,驻波比小于 1.25,插入损耗小于
0.25,且要求实现的定向耦合器尺寸要小于 40mm×30mm×10mm。为了满足指标要
求,本论文最终采取的设计方案是利用三线耦合带状线结构来实现的,并加载衰减
网络来实现耦合平坦度的要求。
论文对定向耦合器的工作原理和技术指标进行了介绍。由于耦合带状线结构是
构建在带状线基础上的,故对带状线的结构和基本特性进行了分析。在详细阐述了
耦合带状线的分析方法,即奇偶模分析方法后,给出了耦合系数与奇偶模特性阻抗
的关系,并对几种常用耦合带状线结构的奇偶模特性阻抗/导纳进行了推导。
论文根据技术指标要求确定了设计方案,并根据理论分析计算出耦合带状线的
结构尺寸,通过电路(ADS)和三维建模(HFSS)进行仿真和参数验证,最后制作样
品并进行实物测试。测试结果表明,所设计的定向耦合器达到了设计要求。
关键词:定向耦合器 耦合带状线 三线耦合 奇偶模分析 衰减网络
II
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
Abstract
In modern communication and microwave systems, directional couplers have a wide
range of applications, and become an important part of many microwave circuits. With
the rapid development of communication technology, the targets of directional couplers
have become more and more high, and we hope directional couplers have wider
bandwidth, smaller size, higher directivity and better reliability. Because of the
advantages of small size and broadband, the coupled strip line directional couplers
become a research hotspot. I use the coupled strip line structure to design directional
coupler in this paper.
In this paper I complete the design of strip line directional coupler, and its operating
frequency is 30MHz-512MHz, coupling is 50dB, directivity is more than 13dB, coupled
flatness is ±0.7dB, VSWR is less than 1.25, IL is less than 0.25dB, the required size is
less than 40mm×30mm×10mm. In order to meet the target, the final design uses the three
coupled strip line structure, and adds attenuation network to achieve the coupled flatness
requirement.
First, working principle and technical indicators of directional couplers are
introduced. Since the coupled strip line structure is built on the basis of the strip line, so
the structure and fundamental characteristics of the strip line are analyzed. Then I
describe the method of analyzing coupled strip line in detail, which is odd and even mode
analysis method. The relationship between the coupling coefficient and the odd and even
mode characteristic impedances is given, and the odd and even mode characteristic
impedances or admittances of several common coupled strip line structures are derived.
Finally, I focus on the design of the coupled strip line directional coupler. According
to the technical requirements, the solution design is determined, and the coupled strip
line structure sizes are calculated. Then the circuit simulation (ADS) and modeling
simulation (HFSS) are finished, and the parameters of structure sizes are verified.
Production samples are produced and tested by vector network analyzer. The results of
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weboyanyu
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