正规波模参数矩阵在平面耦合电路中的应用研究

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传统电路随着时间的演变,操作频率越来越高。一些低频时可忽略的耦合现象,在高频时变成严重的电磁干扰。对于这些微波世界里的耦合现象,如果可以好好的运用,可以用来作微波组件。微波组件虽然已进入集成电路化,但是在印刷电路板(PCB)上还是可以看到微波组件。只是这时所使用的材料和低频时的不一样,因为低频时同样的电路板是不用去考虑该电路板在微波操作下的损耗。对于高频时,这个问题会严重影响设计出的电路特性。   在利用这些耦合现象来做微波组件时,必需对这些现象有所了解。本文通过推导双埠双线耦合传输线的正规波模参数矩阵,并讨论埠的定义顺序与正规波模参数矩阵的关系。正规波模参数分析将所有耦合传输线(Coupled TransmissionLines)转成独立传输线(Independent Transmission Lines)然后在依不同耦合情况做个别分析,所以正规波模参数也可以称为去耦合参数(Decorlpled ModeParameters)。而正规波模参数分析基于横向电磁波假设,即使是双线非对称(Asymmetric)耦合传输线也是根据横向电磁波传输假设。   将双线耦合传输线推导出的正规波模参数矩阵带入可能的边界条件,使其成为双端口结构,并且整理出不重复的十二基本结构以及数学表示式。这十二种基本结构可以广泛应用于为波电路上,本文则探讨C型耦合线结构在耦合器上的用途。使用多个C型耦合线结构可以减少微波组件占用的面积,让该种微波组件更适于射频集成电路使用。   本文将依序介绍正规波模参数、耦合线网络模型与微波组件的设计、模拟以及讨论。首先对正规波模参数的定义做阐述,并从双线耦合传输线开始作理论推导,继而扩大到双线以上。而双线以上的多线耦合传输线分析以矩阵型式分析为主,藉由对端口的定义顺序讨论,可以找出较合适的数学型态。使求出的正规模参数有特定的排列。当用矩阵表示时,分析上以求出特征值与对应的特征向量。除此之外,将双线耦合传输线的可能电路结构以数学型态表示。这些可能的电路结构扣除对称结构后,共有12种可能。接着尝试将这些电路所表示的数学式子依照不同耦合情况做分离。而分离出的网络模型便是特定耦合状态下的微波电路基本组件,并且彼此间有特定的电压或电流比例关系,并且对应特定的电气长度。最后讨论耦合器和平衡对不平衡转换器的原理及仿真,并且对模拟出的结果做一些讨论。  
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