黃巖島島主公眾號《看圖說RF》第040篇原創文章，Coupler之三：改進型環耦合器。碎片三分鐘，收獲一丟丟。

傳統的環形線耦合器

將分支線耦合器中的一根λ/4微帶線變長為3λ/4微帶線，就大概成了傳統的環形線耦合器。

當然，各段傳輸線的阻抗都有變化，才能符合4端口阻抗匹配、隔離端口無信號的要求。

另外，各端口的相對位置也變了。

關于這些基本概念問題，可參見公眾號的第25和第35篇文章。

現在要討論的是上面右圖中的傳統環形耦合器的3λ/4微帶線，這根線太長了，使得環形線耦合器總長度達到3λ/2，比分支線耦合器多了λ/2，使得PCB布局面積增大。

本質上這根3λ/4微帶線需要引入270度相移。

上一篇文章《039_微帶電路中的無源反相器》中有一個HFSS模型，以108度的物理長度實現了288度的相移。——其實本質是：物理長度為90度（λ/4）的無源反相器，能實現270度（3λ/4）相移。因為模型中有18度相移是附加的端口結構引入的。

那么就試試用無源反相器替代傳統的環形耦合器中的270度(3λ/4)微帶線。

改進型環形耦合器仿真

HFSS建模如下圖所示：

4段線的物理長度都是λ/4，與分支線耦合器很象，但是：

其中有一段線是無源反相器，本身是叉指狀布線，其等效阻抗也是70.7歐；

為了實現等功分特征，有三段線阻抗都設置為70.7歐。

（補充：等功分的分支線耦合器4段微帶線阻抗是不等的，參見公眾號第25篇文章）

改進型環形耦合器仿真得到的各端口的S參數如下：

紅綠兩線幾乎重疊，說明功率平衡度指標較好。

如果以20dB回損指標作為帶寬限制，則帶寬為2.05~3.1GHz，相對帶寬達到40%了。

再看相位平衡度指標：

在中心頻點2.5GHz，兩個功分端口的相位差異為184.7度，有誤差，可以通過進一步優化微帶線的長度糾正。

總結

物理長度為90度的無源反相器，能實現270度相移，可以替代傳統的環形耦合器中的270度微帶線：

各項指標沒有明顯劣化；

與分支線耦合器有著同樣的布局面積；

但是無源反相器對PCB的加工精度要求較高，例如細線細間距、過孔較小等等。