3.2 低温共烧陶瓷（LTCC）技术 13

3.3 微波仿真软件简介 16

3.4 本章小结 17

4 LTCC  3dB  耦合器的设计 18

4.1 LTCC 耦合线耦合器的设计 18

4.2 LTCC 集总 3dB 正交耦合器的设计 23

4.3 LTCC  3dB  正交耦合器的改进设计 32

4.4 本章小结 35

结 论 36

致 谢 37

参考文献 38

本科毕业设计期间取得的研究成果 40

1    引言

近年来，随着雷达、通信技术的快速发展和系统的广泛应用，相关电子设备的抗 干扰能力越来越受到人们的重视。为了保证系统具有高抗干扰性能，目前接收设备普 遍采用低噪声放大器来提高接收灵敏度，但仅仅配置低噪声放大器并不能有效抑制镜 像噪声，当低噪声放大器频带较宽且中频不高时，镜像噪声会通过放大器，随着有用 信号一起进入后级单元，降低接收系统的信噪比[1]。因此，必须采用镜像抑制混频器论文网

（IRM）实现有用信号与镜像干扰信号的分离，保证接收机的低噪声特性。作为镜像 抑制混频器的关键部件，3dB 耦合器的性能将直接影响 IRM 的镜像抑制度[2]，进而影 响到整个系统的性能。

1.1   耦合器的研究背景与现状

耦合器是雷达和通信系统中常用的一种无源器件，其主要功能是将信号功率按照 既定的方向和比例进行分配，同时改变信号的相位。耦合器作为射频微波组件中的关 键部件，可广泛应用在混频器、平衡式开关、反射式移相器和功率放大器等组件中。

最早的耦合结构出现于 20 世纪 40 年代，依照 Bethe[3]等人提出的小孔耦合理论， 以矩形波导的形式出现，体积大、方向性较差。第一个真正意义上的定向耦合器由 H. A. Wheeler 在 1944 年设计完成，使用一对长为四分之一波长的导体棒来实现电场 与磁场能量的互耦合，原理简单但频带很窄，只能实现一个倍频程。1955 年，美国斯 坦福研究院的 Seymour B.Cohn、J.K.Shimizu、E.M.T.Jones、G.Matthaei、L.Young 和 E.G.Cristal 等人开始对带状线耦合器进行研究，得到了大量具有开创意义的成果，并 就该课题发表了一系列文章。至此，耦合器的设计进入了以平面传输线为主的时代， 大大促进了器件乃至整个系统的小型化发展进程。1990 年，Hirota, T.和 A. Minakawa 等人提出了采用集总元件小型化传输线的方法[4]，通过在传输线两端并联电容，实现 了耦合器的小型化设计，并给出相应的理论推导和设计公式，其中正交分支线耦合器 和 180°混合环这两个设计实例证明了该方案的可行性，设计完成的电路面积比传统耦 合器电路减小 80%以上。

近 70 年来，随着科学技术的进步 及理论研究的深入，耦合器的设计理论不断丰 富和完善，新的耦合器结构不断地诞生和发展。目前国内外对 3dB 耦合器的研究主要 集中在以下 3 个方面。