3dB電橋在微波電路中非常流行,，90°的3dB電橋可以產(chǎn)生IQ信號，同時電橋在移相器,，時延均衡器等器件中屬于核心電路,。但常規(guī)的微帶雙線耦合電路很難實現(xiàn)超寬帶，強(qiáng)耦合電橋,，同時由于微帶耦合線的奇偶模有效介電常數(shù)不一樣,，即便可以實現(xiàn)強(qiáng)耦合，但由于信號在奇偶模電路中的相速度不一致,，耦合越強(qiáng)相速差越大,，對電橋的性能惡化越大。

Lange電橋在微帶電路中非常流行,，該橋結(jié)構(gòu)緊湊,，可以在微帶結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)寬帶強(qiáng)耦合。在特征參數(shù)獲取方面,，lange橋的交指多線耦合比常規(guī)的雙線耦合要復(fù)雜的多,，這樣也給lange橋設(shè)計帶來一定的難度，本文介紹一種lange橋的簡單設(shè)計方法,。文中所有的仿真文件見鏈接：https://pan.baidu.com/s/114nQvl0hALMcY7cjkMbC9Q 密碼：mg5f

1,、寬帶耦合電橋的基本原理

寬帶耦合傳輸線耦合器理論講解比較好的書個人推薦《現(xiàn)代微波濾波器結(jié)構(gòu)與設(shè)計》下冊第15章的內(nèi)容。耦合傳輸線耦合器及等效電路見圖1所示,。書中對于多節(jié)耦合器級聯(lián)有下列觀點：

· 多節(jié)耦合傳輸線定向耦合器的電路同1/4波長多節(jié)阻抗變換濾波器電路等效,；對于對稱型,，耦合線節(jié)數(shù)必須是奇數(shù)，對于非對稱型,，耦合線節(jié)數(shù)可以是任意節(jié),；耦合器的傳輸?shù)扔谧杩棺儞Q濾波器的傳輸，耦合器的耦合等于阻抗變換濾波器的回波,。

· 耦合傳輸線定向耦合器的耦合路和傳輸路相位相差90°,。

圖1、多節(jié)耦合傳輸線定向耦合器示意圖及等效電路

2,、耦合傳輸線耦合器的疊加原理

若把幾個匹配的定向耦合器級聯(lián)起來,，則他們級聯(lián)后的作用就如同一個定向耦合器一樣,，級聯(lián)后的響應(yīng)符合角度疊加原理,。耦合器的疊加原理詳見《貝茲孔波導(dǎo)定向耦合器的實現(xiàn)》。耦合線定向耦合器疊加時需對端口進(jìn)行折疊,，如圖2所示,。

圖2,、耦合傳輸線耦合器耦合度疊加示意圖

3、Lange橋原理

Lange橋的核心是用多線（常見的4線）耦合替代常見的雙線耦合,，從而在微帶平面電路中實現(xiàn)較強(qiáng)的耦合,。lange橋常見的形式見圖3，理解lange橋比較好的論文推薦：

圖3,、lange橋模型

其中后面兩篇是lange橋設(shè)計時的理論指導(dǎo),，理論的核心是將多線耦合等效成雙線耦合，個人嘗試了《Simplified Design of Lange Coupler》中的等效方法,，但是等效結(jié)果比較差,。這里采用了一種比較簡便準(zhǔn)確的多線耦合同雙線耦合的等效方法，方法步驟如下：

1) 電磁仿真軟件仿真得到多線的SNP

2) ADS中建立圖4的模型,，讓雙線耦合的響應(yīng)同多線耦合的響應(yīng)相同,，通過ADS的優(yōu)化功能便可得出多線和雙線的等效參數(shù)。

圖4,、多線耦合等效為雙線耦合的參數(shù)提取

4,、Lange橋的設(shè)計

耦合傳輸線耦合器設(shè)計時遵循如下步驟：

這里用一個6~18GHz的-8.343dB（兩個級聯(lián)可以成-3dB電橋）的lange橋設(shè)計作為實例，介紹超寬帶lange橋的設(shè)計方法,。

· 耦合傳輸線節(jié)數(shù)及奇偶模阻抗確定

在ADS中建立圖5所示的對稱耦合傳輸線耦合器模型,，若使耦合度在6~18GHz帶寬內(nèi)保持-8.343dB，則至少需要三節(jié),，各節(jié)參數(shù)見表格1,。

表格1、傳輸線節(jié)數(shù)及奇偶模阻抗

圖5,、耦合線節(jié)數(shù)和奇偶模阻抗計算模型及結(jié)果

· 根據(jù)理想奇偶模阻抗確定實際物理尺寸

根據(jù)表格1的奇偶模阻抗可以看出第一節(jié)和第三節(jié)屬于弱耦合,，可以直接采用雙線耦合,。第二節(jié)耦合很強(qiáng)建議采用4線耦合。

對于雙線耦合可以通過polar Si9000軟件或者其他阻抗計算軟件計算出實際的物理尺寸,。

對于第二節(jié)的4線耦合通過上面講的參數(shù)提取法來獲取4線的物理尺寸,。通過計算可以得到各節(jié)耦合傳輸線的物理尺寸見

表格2、根據(jù)理想奇偶模阻抗確定的實際物理尺寸

· 電磁場仿真優(yōu)化

根據(jù)上面獲取的耦合傳輸線耦合器物理尺寸在sonnet中建立模型見圖6所示,，為了使該耦合器便于級聯(lián)采用了折疊式,。模型未經(jīng)過特殊優(yōu)化,，上述參數(shù)首次仿真的結(jié)構(gòu)見圖6所示,，通過結(jié)果可以看出上面的設(shè)計方法獲得的仿真初值是很準(zhǔn)確的。相信通過幾次迭代調(diào)整,，該耦合器可以達(dá)到比較好的響應(yīng),。

圖6、寬帶-8.343dB  lange橋的模型及結(jié)果

得到一個理想的-8.343dB耦合器后,，通過兩個耦合器級聯(lián)便可得到一個-3dB的耦合器,。實例中的lange橋設(shè)計有意識的同常見的lange橋結(jié)構(gòu)形式做了一些差異，希望通過對此差異的思考可以更深刻的理解lange橋的設(shè)計,。

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