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)

环形耦合器［1］已广泛应用于微波毫米波通信系统中，如混频器、放大器、多工器等都要使用环形耦合器.传统的环形耦合器设计是基于传统1/4波长阻抗变换器，因而只能工作在单一频率及其奇数倍频处.现代无线通信系统要求耦合器工作在两个或两个以上频段，文献［2-7］中分别报道了双频小型化［2-3］的、双频宽带［4-5］及三频［6-7］分支线耦合器.而多频环形耦合器作为一种应用广泛的无源器件成为近年来的研究热点.设计双频环形耦合器的方法有:采用含阶梯传输线的Π型或含短路耦合传输线的C型双频阻抗变换器来代替传统的1/4波长阻抗变换器以实现双频环形耦合器［8-9］;重新设计传统环形耦合器中分支线的阻抗和长度并额外加入短路枝节［10］;用一段3/4波长的阶梯阻抗传输线［11］替换环形耦合器中的5/4波长均匀传输线［10］.然而这些耦合器都只能工作在两个频段下，有关三频环形耦合器设计的报道很少.文献［12］中首次提出了一个可以同时工作在3个频段的三频环形耦合器，但该耦合器的工作频率比可调范围很窄，第3个工作频率f2与第1个工作频率f1之比在2.9～4.1内.

基于Π型阶梯阻抗变换器(ΠSIT)，文中提出了一种新型三频环形耦合器的设计方法，利用ΠSIT的矩阵A推导出三频环形耦合器的解析表达式.基于这些表达式设计并加工了一个工作在2.0/3.9/5.8GHz和0.9/3.5/6.1GHz的3 dB微带三频环形耦合器.最后通过仿真实验验证了该设计……