分支线定向耦合器宽带化设计和ADS仿真

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之前经常分析分支线定向耦合器，例如在15、ADS使用记录之耦合器设计和基于AWR的微带线分支线耦合器设计-从原理到版图中都有涉及，但是由于其基本电路结构中包含大量的四分之一波长线，其实际上是窄带的结构：

但是，我们经常可能需要用到宽带的分支线定向耦合器（例如在LMBA等架构中）。那么问题来了，如何进行设计呢，下面进行论述。

本文内容参考：分支线定向耦合器宽带化和谐波抑制的设计和研究

1、理想仿真对比

1.1、传统分支线定向耦合器的ADS仿真（ADS_Coupler_Common原理图）

传统分支线定向耦合器的设计方法之前已经分析了很多，比如在基于AWR的微带线分支线耦合器设计-从原理到版图里面，详细分析了传统分支线定向耦合器的设计理论（包括非等分的设计）。等分的结构的设计阻抗如上面第一张图所示，下面进行ADS的简单设计：

1.2、3dB两节分支线耦合器的ADS仿真（ADS_Coupler_WideBand_Two原理图）

两节分支线耦合器的基本模型如下所示，相比传统的模型，这样的结构的宽带能力更强：

对于三分支线的耦合器一号传输线和三号传输线的归一化阻抗为：
$$Z_1=Z_3=\frac{1}{\sqrt{2}}$$
二号传输线的阻抗为：
$$Z_2=\frac{1}{\sqrt{2}-1}$$
依据设计公式，可以构建如下的ADS框图：

ADS中的仿真结果如下所示，可以看到红色曲线的宽带性能是更好的：

1.3、3dB三节分支线耦合器的ADS仿真（ADS_Coupler_WideBand_Three原理图）

三节分支线耦合器的宽带能力更强：

设计的各段微带线的阻抗如下所示：

理想的仿真结果如下所示，可以看到三分支的宽带性能更牛了：

2、EM仿真对比

仿真使用的板材是RO4350B，Height=20mil。

2.1、传统分支线定向耦合器EM仿真（ADS_Coupler_Common_4350B原理图）

2.2、3dB两节分支线定向耦合器EM仿真（ADS_Coupler_WideBand_Two_4350B原理图）

2.3、3dB三节分支线定向耦合器EM仿真（ADS_Coupler_WideBand_Three_4350B_EM_COSIM原理图）

此处使用的是EM_COSIM，具体原理参考：ADS版图优化方法—使用EM-Cosimulation对版图进行OPTIM。原理图如下所示：