之前關(guān)于濾波器，電橋，功分器的文章初衷是想介紹一種通用方法，但寫《如何設(shè)計一個帶通濾波器》時有人問如何設(shè)計波導(dǎo)濾波器，第9期寫《lange電橋的設(shè)計》時有人問微帶電橋如何設(shè)計，在這里我想表達(dá)說微波無源的幾種常用器件的原理都是基于傳輸線理論來的，設(shè)計原理和方法都是通用的，掌握一種結(jié)構(gòu)形式的器件設(shè)計方法可以推廣到其他結(jié)構(gòu)的同類產(chǎn)品上。

有人建議我寫一些有源電路，但我有源電路的經(jīng)驗有限，真正要清晰準(zhǔn)確的表達(dá)出一些概念時時發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗還是差了好多。我也正努力儲備有源知識，最近正在學(xué)習(xí)一本叫《Frequency Synthesizers: Concept to Product》的書，想著可以作為微波筆記的一部分，我后面想在微波筆記中穿插一些這本書的學(xué)習(xí)心得，直到把這本書學(xué)習(xí)完成。也希望這種方式能被接受。本期還是以我擅長的超寬帶電橋作為一個過渡。

帶狀線形式的電橋比較容易實現(xiàn)超寬帶，也能通過寬邊耦合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)較強的耦合。很適合做強耦合的超寬帶電橋結(jié)構(gòu)。我們知道兩個8343電橋可以級聯(lián)成一個3dB電橋，因此8343超寬帶電橋在微帶和帶狀線結(jié)構(gòu)中非常流行。本文通過一個2GHz—18GHz帶狀線8343超寬帶電橋的實例來講述帶狀線超寬帶電橋的設(shè)計。

1、帶狀線超寬帶8343電橋的結(jié)構(gòu)形式

電橋的原理在《貝茲孔波導(dǎo)定向耦合器的實現(xiàn)》以及《lange電橋的設(shè)計》中有介紹，這里不做重復(fù)。帶狀線8343電橋的結(jié)構(gòu)形式見圖1所示。實際由三片介質(zhì)片構(gòu)成，中間介質(zhì)片的正反兩面刻畫圖形，上下介質(zhì)片作為支撐。

圖1、帶狀線8343電橋及3dB電橋結(jié)構(gòu)

2、超寬帶8343電橋的設(shè)計方法

1) 設(shè)計步驟

該電橋?qū)儆隈詈蟼鬏斁€耦合器，設(shè)計時遵循如下步驟：

·根據(jù)指標(biāo)查表或者在ADS等電路仿真軟件中確定耦合傳輸線節(jié)數(shù)及奇偶模阻抗·根據(jù)奇偶模阻抗計算每節(jié)耦合傳輸線的物理尺寸·電磁場仿真優(yōu)化

2) 設(shè)計實例

a) 在ADS中建立模型確定耦合傳輸線節(jié)數(shù)及奇偶模阻抗

通過調(diào)諧及優(yōu)化計算可得每節(jié)耦合傳輸線奇偶模阻抗見表格1：

表格1、各節(jié)耦合傳輸線奇偶模特性阻抗

根據(jù)個人習(xí)慣選用rogers5008 Er=2.2的材料，作為帶狀線的介質(zhì)。中間介質(zhì)厚度t=0.127mm，上下介質(zhì)厚度t=0.762mm，在polar SI9000或其他傳輸線計算工具中計算實際耦合傳輸線的物理尺寸。以Ze1=108.3，Zo1=23.3作為實例，見圖1所示。b) 用奇偶模阻抗計算各節(jié)耦合傳輸線物理尺寸

圖2、奇偶模轉(zhuǎn)化為物理尺寸

由于8343耦合器屬于強耦合，在帶狀線中必須采用寬邊耦合結(jié)構(gòu)見圖2所示才能實現(xiàn)。計算是根據(jù)經(jīng)驗迭代完成的，在《微帶電路》一書中第三章耦合微帶線一節(jié)有（Ze+Zo）/2=Z0的結(jié)論（奇模和偶模和除2等于單根線的特征阻抗）。先根據(jù)單根線阻抗計算線寬，然后調(diào)節(jié)兩根線間距達(dá)到要求的奇偶模。通常情況下偶模由傳輸線寬度和上下層的支撐介質(zhì)厚度決定的，奇模由中間層介質(zhì)厚度，傳輸線寬度，以及兩個傳輸線的交疊程度決定的。經(jīng)過計算，各理論奇偶模阻抗就轉(zhuǎn)換成了實際的帶狀線物理尺寸，數(shù)據(jù)見表格2所示。

表格2、由奇偶模得到的耦合線實際物理尺寸

有了實際的物理尺寸就可以進行電磁場仿真驗證了，在sonnet中建立實際的耦合器模型及直接仿真的結(jié)果見圖3所示。可以看出理論給出的參數(shù)是非常準(zhǔn)確的，由于為了仿真快速我網(wǎng)格精度用的0.05，如果為了追求準(zhǔn)確可以將網(wǎng)格細(xì)分，或者通過將該電路劃分成多個子電路進行精確設(shè)計。c) 電磁場仿真優(yōu)化

圖3、帶狀線無折疊寬帶耦合器模型

圖3所示的結(jié)構(gòu)是一個反定向耦合器，這種耦合器不利于級聯(lián)構(gòu)成3dB耦合器，因此若想級聯(lián)使用需對該耦合器進行折疊見圖4。折疊后的耦合器直通路和耦合路位于同一方向，這種耦合器很方便進行級聯(lián)構(gòu)成3dB耦合器見圖1所示。

圖4、折疊式寬帶耦合器模型

折疊后如果中間節(jié)不進行特殊處理會破壞耦合器的對稱性，在能接受的情況下可以不用處理，但如果追求完美，可以適當(dāng)對中間節(jié)進行對稱交叉處理即可。對稱交叉處理后對中間節(jié)的奇偶模參量影響可以通過奇偶模參數(shù)提取法詳見第9期《lange電橋的設(shè)計》來確定。