分支线耦合器的仿真设计

分支线耦合器，是一种90 度或正交混合耦合器，由于其制造工艺简单且易于设计，被广泛应用于各个行业。分支线耦合器是无源器件，常用于单天线发射器系统和I/Q（信号分配器/合路器）。让我们了解一下这类耦合器的基本工作原理及一些重要的设计要素。

关于分支线耦合器

分支线耦合器被用于分配及合并功率。这类耦合器由两个相位差为90 度的耦合端口组成。功率从一个输入端口进入，然后被平均分配给两个输出端口。第四个端口为隔离端口。

分支线耦合器几何图形。图中，传输线是水平的，分支线是垂直的。

如上图中的几何图形所示，分支线耦合器是对称性的设计，这就意味着将任意端口作为输入端口时，仍然要能实现相同频率的功率输出。在上图所示的几何图形中，位于左下角的端口被选为输入端口，我们可以互换输入端口和隔离端口，也可以将图中的几何图形水平翻转，使两个输出端口位于左侧，输入端口和隔离端口位于右侧。

在单天线发射器/接收器系统中，输入端口（1）处设有一个发射器，端口（2）设有一个50 欧姆的终端，另一个输出端口（3）处设有一根天线，隔离端口（4）处设有接收器。在这里，功率在正交相位中从发射器向天线移动，随后天线向接收器发送一个返回信号。接收器与发射器互不影响。

重要设计要素

为确保分支线耦合器功能正常，在设计过程中须遵循以下原则：

· 高隔离度
○ 最大限度地提高隔离度，但需要注意的是，永远无法达到100%
· 任意端口都可被设置为输入端口、隔离端口或输出端口，且依然能够实现相同的频率输出能力
○ 正交相位差（S 参数）

示例模型

如果您想设计一个精确的分支线耦合器，可以借助COMSOL Multiphysics 以及 “RF 模块”来进行建模。为了帮助您入门，我们在网站的“案例下载”及“RF 模块”的模型库中提供了一个示例模型供您参考（可以在“无源器件”下找到）。

按照模型文件的说明进行操作，就可以计算出S 参数，同时还能估算出相差以确认其为90 度。您还可以分析工作频率内，端口的匹配、隔离及耦合情况。

图像显示了输入功率（红色）被平均分配给两个输出端口（黄色）。隔离端口显示为蓝色。