新型三频环形耦合器的设计

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2011.07.005

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2011, Vol. 39 ›› Issue (7): 26-31.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2011.07.005

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新型三频环形耦合器的设计

林峰褚庆昕

华南理工大学电子与信息学院，广东广州 510640

收稿日期:2011-01-29 修回日期:2011-04-02 出版日期:2011-07-25 发布日期:2011-06-03
通信作者: 林峰(1986-) ，男，博生生，主要从事多频以及超宽带功分器、耦合器研究． E-mail:feng.linf@mail.scut.edu.cn
作者简介:林峰(1986-) ，男，博生生，主要从事多频以及超宽带功分器、耦合器研究．
基金资助:
NSFC-广东省自然科学联合基金资助项目( U0635004) ; 国家自然科学基金青年科学基金资助项目( 60801033) ;广东省自然科学基金重点项目( 07118061)

Design of a Novel Tri-Band Rat Race Coupler

Lin Feng Chu Qing-xin

School of Electronic and Information Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China

Received:2011-01-29 Revised:2011-04-02 Online:2011-07-25 Published:2011-06-03
Contact: 林峰(1986-) ，男，博生生，主要从事多频以及超宽带功分器、耦合器研究． E-mail:feng.linf@mail.scut.edu.cn
About author:林峰(1986-) ，男，博生生，主要从事多频以及超宽带功分器、耦合器研究．
Supported by:
NSFC-广东省自然科学联合基金资助项目( U0635004) ; 国家自然科学基金青年科学基金资助项目( 60801033) ;广东省自然科学基金重点项目( 07118061)

摘要/Abstract

摘要： 传统环形耦合器只能工作在单一基频，且具有奇数次谐波．为此，文中提出了一种新型三频环形耦合器的设计方法，利用有4 种电路拓扑结构的Π 型阶梯阻抗变换器( ΠSIT) 替代传统环形耦合器中的1 /4 波长阻抗变换器，使得环形耦合器可以同时工作在任意两个频率及其中心频率．考虑到实际传输线阻抗实现的范围( 20 ～ 150 Ω) ，该环形耦合器的第3 个工作频率和第1 个工作频率的比值范围取为1. 70 ～ 4. 10 和6. 60 ～ 12. 30．文中给出了解析的设计公式，基于不同的Ⅱ型阶梯阻抗变换器电路结构，设计并加工了分别工作在2. 0 /3. 9 /5. 8GHz 和0. 9 /3. 5 /6. 1GHz 的3dB 微带三频环形耦合器．测量结果与仿真结果吻合良好，验证了文中三频环形耦合器设计方法的可行性．

关键词: 耦合器, 三频耦合器, 环形耦合器, Ⅱ型阶梯阻抗变化器

Abstract:

As the conventional rat race coupler can only operate at the fundamental frequency and may cause odd harmonics,the design method of a novel tri-band rat race coupler is presented. In this method,the quarter-wavelength impedance transformers in the conventional rat race coupler are replaced by the Ⅱ-shaped stepped impedance ones ( ΠSITs) with four circuit topologies,which enables the proposed coupler to operate at two arbitrary frequencies and their center frequency. Then,by taking into consideration the practical realization range of transmission line impedance ( 20 ~150Ω) ,the ratio of the third operating frequency to the first one of the proposed coupler is selected from 1. 70 to 4. 10 and from 6. 60 to 12. 30. Moreover,the corresponding analytic design equations are deduced,and two microstrip 3-dB tri-band rat race couplers based on different ΠSIT circuit topologies,which respectively operate at 2. 0 /3. 9 /5. 8 GHz and 0. 9 /3. 5 /6. 1 GHz,are designed and fabricated. Simulated results accord well with the measured ones,meaning that the proposed design method is feasible.

Key words: coupler, tri-band coupler, rat race coupler, Ⅱ-shaped stepped impedance transformer

林峰褚庆昕. 新型三频环形耦合器的设计[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(7): 26-31.

Lin Feng Chu Qing-xin. Design of a Novel Tri-Band Rat Race Coupler[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2011, 39(7): 26-31.

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新型三频环形耦合器的设计

Design of a Novel Tri-Band Rat Race Coupler

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