基于双面平行带线的宽带混合环的设计(3)
1.混合环的特性研究
介绍混合环的结构和传输特性；运用奇偶模分析法对3dB混合环（rat-race）进行分析。
2.DSPSL分析及应用
介绍DSPSL的基本结构，根据DSPSL的电磁场传输特性，探讨其物理参数与电磁特性的关系；介绍带有插入导体平面的DSPSL的特性，结合E面DSPSL的等功分网络实例的设计和仿真进行探究和验证。
3.带有DSPSL反相器的混合环的设计
介绍DSPSL反相器的结构和性能，利用HFSS设计等长的带反相器的DSPSL和不带反相器的DSPSL，通过仿真结果验证DSPSL反相器的可行性。
4.带有DSPSL反相器的宽带混合环的设计
在带反相器的混合环电路中加载四条四分之一波长的短路线，利用奇偶模分析法对电路原理进行分析，介绍通过调节短路线阻抗控制电路带宽的原理和实现方法，并通过Designer软件验证方案的可行性；通过S参数和传输线阻抗的计算得到电路模型的尺寸，在HFSS中进行仿真，调节电路相关尺寸，使电路在满足性能要求的同时具有较大带宽，然后对电路进行最终优化。
2 基本混合环介绍
2.1 混合环原理及特性
混合环又称为环形电桥，是一种3dB功率分配器。特性与魔T相似，早期结构都是用同轴线制作的，后来逐渐采用微带线和带状线结构。
混合环由三节四分之一中心频率波长、一节四分之三中心频率波长的传输线段组成的环形电路和与之相连的四条输出臂构成。图中Z0、Z1、Z2均为归一化特征阻抗。
基本混合环的结构如图2-1：
图2-1 基本混合环结构图
混合环是一种定向耦合器，可以制成平面形式（微带线或带状线），也可以制成波导形式。因为该混合电桥两个输出端口的相位差为180°，所以也叫180°混合环。
当信号自混合环的端口3输入时，信号从端口4和2按一定的功率分配比反向输出，而端口1从理论上无输出，为隔离端口；反之，若信号从端口1输入，则端口4和2按照一定的功率分配比同相输出，端口3无输出，因此，端口3和端口1彼此隔离。同样，端口4和端口2也相互隔离，不论信号从其中哪一个端口输入，仅在端口3和端口1有同相或反相输出，而端口2或4没有输出[18]。
当用作功率合成器时，输入信号分别加于端口2和端口4，则在端口1输出和信号（ ），在端口3输出差信号（ ），所以端口1，端口3又分别称为和端口和差端口[19]。
2.2 混合环分析方法
因为该混合环电路是关于虚线对称的，如图2-2，所以我们可以把这个电路化为两个较简单的电路（在输出端口用对称和反对称源驱动）进行分析。这就是奇-偶模分析理论[20]。图2-3给出了基本混合环的奇偶模等效电路[21]。
图2-2 混合环等效电路图
图2-3 基本混合环的奇偶模等效电路，(a)偶模等效图（b）奇模等效图
由于环形电路的特征阻抗是均匀的，且为支臂传输线特征阻抗的 倍,故Z1= Z0= 。假定传输线是无耗的，且线的尺寸远小于工作波长，则边缘效应和结效应均可忽略不计。
偶模等效电路的ABCD矩阵可由两个并联分支和一段 /4传输线的ABCD矩阵相乘得到：
再运用ABCD矩阵和S矩阵的转换关系得到：
同样的，对于奇模等效电路，我们可以得到：
假设端口n的输入波振幅为An,输出波振幅为Bn,当1臂输入单位幅度信号即A1=1时，奇偶模等效电路两个输入端口波振幅是±1/2,所以每个端口的输出波振幅可表示为： ，
， （2-5）
下一篇：小波分析图像压缩算法的研究