黃巖島島主公眾號(hào)《看圖說(shuō)RF》第040篇原創(chuàng)文章，Coupler之三：改進(jìn)型環(huán)耦合器。碎片三分鐘，收獲一丟丟。

傳統(tǒng)的環(huán)形線(xiàn)耦合器

將分支線(xiàn)耦合器中的一根λ/4微帶線(xiàn)變長(zhǎng)為3λ/4微帶線(xiàn)，就大概成了傳統(tǒng)的環(huán)形線(xiàn)耦合器。

當(dāng)然，各段傳輸線(xiàn)的阻抗都有變化，才能符合4端口阻抗匹配、隔離端口無(wú)信號(hào)的要求。

另外，各端口的相對(duì)位置也變了。

關(guān)于這些基本概念問(wèn)題，可參見(jiàn)公眾號(hào)的第25和第35篇文章。

現(xiàn)在要討論的是上面右圖中的傳統(tǒng)環(huán)形耦合器的3λ/4微帶線(xiàn)，這根線(xiàn)太長(zhǎng)了，使得環(huán)形線(xiàn)耦合器總長(zhǎng)度達(dá)到3λ/2，比分支線(xiàn)耦合器多了λ/2，使得PCB布局面積增大。

本質(zhì)上這根3λ/4微帶線(xiàn)需要引入270度相移。

上一篇文章《039_微帶電路中的無(wú)源反相器》中有一個(gè)HFSS模型，以108度的物理長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)了288度的相移。——其實(shí)本質(zhì)是：物理長(zhǎng)度為90度（λ/4）的無(wú)源反相器，能實(shí)現(xiàn)270度（3λ/4）相移。因?yàn)槟Ｐ椭杏?8度相移是附加的端口結(jié)構(gòu)引入的。

那么就試試用無(wú)源反相器替代傳統(tǒng)的環(huán)形耦合器中的270度(3λ/4)微帶線(xiàn)。

改進(jìn)型環(huán)形耦合器仿真

HFSS建模如下圖所示：

4段線(xiàn)的物理長(zhǎng)度都是λ/4，與分支線(xiàn)耦合器很象，但是：

其中有一段線(xiàn)是無(wú)源反相器，本身是叉指狀布線(xiàn)，其等效阻抗也是70.7歐；

為了實(shí)現(xiàn)等功分特征，有三段線(xiàn)阻抗都設(shè)置為70.7歐。

（補(bǔ)充：等功分的分支線(xiàn)耦合器4段微帶線(xiàn)阻抗是不等的，參見(jiàn)公眾號(hào)第25篇文章）

改進(jìn)型環(huán)形耦合器仿真得到的各端口的S參數(shù)如下：

紅綠兩線(xiàn)幾乎重疊，說(shuō)明功率平衡度指標(biāo)較好。

如果以20dB回?fù)p指標(biāo)作為帶寬限制，則帶寬為2.05~3.1GHz，相對(duì)帶寬達(dá)到40%了。

再看相位平衡度指標(biāo)：

在中心頻點(diǎn)2.5GHz，兩個(gè)功分端口的相位差異為184.7度，有誤差，可以通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化微帶線(xiàn)的長(zhǎng)度糾正。

總結(jié)

物理長(zhǎng)度為90度的無(wú)源反相器，能實(shí)現(xiàn)270度相移，可以替代傳統(tǒng)的環(huán)形耦合器中的270度微帶線(xiàn)：

各項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)有明顯劣化；

與分支線(xiàn)耦合器有著同樣的布局面積；

但是無(wú)源反相器對(duì)PCB的加工精度要求較高，例如細(xì)線(xiàn)細(xì)間距、過(guò)孔較小等等。