Ka波段3dB定向耦合器的设计与仿真

本文设计了一个五级分支波导耦合器，在HFSS中建立的模型如图6所示，仿真结果显示，在图7中，在26 GHz～34 GHz频段内，回波损耗低于-19dB，两路输出的幅度相差只有0．3dB，具有宽带紧耦合的特性。图8为2、3端口相位随频率变化的曲线，从图中可以看出2、3端口的相位差为90°，与理论推导一致。图9为3端口与2端口传输系数随频率变化的曲线，从图中可以看出，在整个频段内S32-20 dB，两端口输出隔离效果很好。图为4端口与1端口传输系数随频率的变化曲线，在整个频段内，S41-20 dB。

3 仿真结果分析
从仿真结果可以很明显的看出分支线定向耦合器的带宽有限，只有2GHz～3CHz左右。从理上分于析，由于对λg／4微带线宽的敏感，微带分支线耦合器一般只能做到100％～20％，若要求频带更宽，可采用多节分支耦合器。但随着级数的增多，耦合器的某些支节线会很细，由于工艺的限制，导致无法加工。
相比于微带分支线耦合器，波导耦合器的带宽要比微带分支线耦合器宽的多。本文仿真的波导耦合器在Ka波段展现出了良好的性能，不仅带宽很宽，而且损耗很低。可以应用在对于损耗要求很低的场合，例如低噪声放大器的无源电路设计中。但是波导耦合器的尺寸相比之下要比微带分支线耦合器大的多，在某些对电路尺寸要求很高的场合，微带分支线耦合器反而更适用。

4 结束语
本文根据耦合器原理，设计仿真出了一种微带分支线耦合器以及波导E面耦合器。在Ka频段内，两种耦合器都展现出了良好的性能。其中微带分支线耦合器在29GHz～31GHz之间，输入端口反射系数小于-23dB，两个输出端口的幅度不平衡度小于0．7dB；波导E面耦合器在26GHz～34GHz频段内，回波损耗低于-19dB，两路输出的幅度相差只有0．3dB。仿真结果表明，这两种耦合器可以被广泛的用在平衡式放大器以及其他微波通信系统中。