Coupler之六：微带耦合器改善定向性措施123。碎片三分钟，收获一丢丢。
上文说到微带耦合器（通常是指下图中的裸露式微带平行双线耦合器）周围介质不均匀，奇偶模相速不等：
导致定向性指标劣化到5dB左右，可采取5种优化措施。
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微带耦合器定向性指标优化措施1
观察上图，埋入式微带平行双线耦合器指标优于裸露式，所以很容易想到在裸露式微带双线耦合区上方贴一块介质片。就能让裸露式变为埋入式，使奇模相速也变慢，自然就提高了定向性指标：
对比上面左右两图的蓝色双箭头：
左图的裸露式微带耦合器定向性指标5dB；
右图的带介质贴片的埋入式微带耦合器定向性指标24dB，优化了19dB，效果明显。
粘这种贴片介质，早期军工常用，但现在认为，工程上可操作性不佳。
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微带耦合器定向性指标优化措施2
在微带耦合器的耦合区贴几只奇模电容，跨接在平行双线之间，也会使奇模相速变慢，从而提高定向性指标。
对比上面左右两图的蓝色双箭头：
跨接3只贴片0.07pF奇模电容，微带耦合器定向性指标由左图5dB也优化到右图24dB，改善了19dB，效果明显。
要注意的是：3只0.07pF的电容适用于2GHz频段的微带耦合器，0.07pF电容难以找到，而且电容精度影响定向性指标，增加了成本，降低了可靠性。
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微带耦合器定向性指标优化措施3
上面所讲的两种优化措施，在工程上可操作性不好，所以不常用。
真正常用的是将微带耦合器的耦合线变为锯齿形或者城墙垛形，以提高定性指标，二者原理上相同，都是减慢奇模相速，本文只仿真分析城墙垛形耦合线。
对比上面左右两图的蓝色双箭头：
将微带耦合器的耦合线变为城墙垛后，定向性指标由左图5dB优化到右图32dB，效果明显。
这种城墙垛图形，物料成本为零，所以在工程上很常用。
城墙垛图形能降低奇模相速，可从下面的对比图理解。
奇模成份主要位于平行双线的间隙内，所以奇模电流（如红色箭头线所示）集中于互相靠近的窄边上，隔河相望，城墙垛形使奇模电流拐弯，增加了路径，减慢了奇模相速。
下图仿真了城墙垛的深度对奇模相速的影响：
按照《042_Coupler之五：非均匀介质的微带窄边耦合器》中所介绍的方法仿真和计算奇模相速。
仿真的相位如下：
使用公式V = f * λ 计算相速。
但与上文的计算方法稍微不同的地方在于：
三个mark点对应的相位是0度，换算成绝对相位是360度，即一个波长。
红色m1对应0.1mil齿深，频率9.31GHz，奇模相速：
Vem1 = 9.31*109 *800mil/秒 =189187900米/秒，相当于真空光速的60%。
蓝色m3对应24.1mil齿深，频率7.44GHz，奇模相速：
Vem3 = 7.44*109 *800mil/秒=151180800米/秒，相当于真空光速的一半。
显然齿越深，奇模相速越慢。
有一点需要说明：奇模仿真模型，隐含了一个镜面对称的边界条件，意味着平行双线是对称的城墙垛形。
而工程上只将单边耦合线变成城墙垛形，所以工程上的单边城墙垛形奇模相速的仿真计算，必须采用全3D模型，仿真差模相速（略）。理论上差模相速等于奇模相速。
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总结Ø 在微带耦合器的耦合区上方粘贴介质片，能优化定向性指标，可操作性不佳。早期工程上常用，现在不用了。
Ø 在微带耦合器的耦合区跨接奇模电容，能优化定向性指标，但电容容值很低，不易找到，容值精度影响定向性指标，工程上不常用。
Ø 将微带耦合器的耦合线图形刻成锯齿形，或改为城墙垛形，物料成本为零，是工程上广泛使用的措施。
Ø 这三种定向性优化措施，都是采用减慢奇模相速的方法来实现的。
微带耦合器，工程上还有两种常用的定向性优化措施，且看后文分解。
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出品｜EDA365
作者｜何平华老师
发表于 2022-9-19 09:54
