### AWR 仿真分支线定向耦合器设计与分析 #### 一、设计要求 - **中心频率**：925MHz - **基材**：FR4，介电常数 4.4，损耗正切 0.02 - **高度**：1.6mm - **微带金属厚度**：T = 0.035mm - **输入输出阻抗**：100Ω - **扫频范围**：6GHz - 12GHz #### 二、理论分析 ##### 2.1 分支线定向耦合器简介 分支线定向耦合器是一种常见的四端口微波无源器件，主要用于信号的分配与合成，具有良好的方向性和隔离特性。传统的分支线耦合器通常采用四条四分之一波长的传输线组成，在中心频率附近能实现90°相移。 根据微带传输线理论，随着阻抗值的增加，传输线的宽度会逐渐变窄。当所有端口均处于匹配状态时，由端口①输入的功率将通过不同的路径被传输到其他三个端口，并经合成或抵消后输出，具体过程如下： 1. **直通端**：信号经过路径 A→B，路径长度为 λg/4，输出相位比输入信号滞后 π/2。 2. **耦合端**：信号在主线和支线的交点 A 处分为两路，分别经过路径 A→B→C 和 A→D→C，相位差为 0°（等幅同相），经过叠加从端口③输出，输出信号相位滞后于输入信号 π。 3. **隔离端**：信号途径 A→D 和 A→B→C→D 两条路径，路径长度分别为 λg/4 和 3λg/4，信号相位差为 180°（等幅反相），理想情况下两路信号相互抵消，端口④无输出。 由此可以看出，直通端和耦合端的输出信号存在90°相位差，而隔离端理论上没有输出信号。 ##### 2.2 关键参数 - **耦合度(Coupling)**：定义为输入端口的输入功率P1与耦合端口的输出功率P3的比值，单位为dB。耦合度越大表示耦合强度越弱，当耦合度为3dB时，耦合端的输出功率为输入功率的一半。 - **方向性系数(D)**：用于衡量直通端和耦合端之间的相位差异。 - **隔离度(Isolation)**：定义为输入功率P1与隔离端输出功率P4的比值。理想状态下，隔离端无信号输出，但在实际应用中由于信号反射，隔离端仍会有少量功率输出。因此，在耦合器设计过程中，需尽可能减小隔离端的输出功率，以提高方向性和耦合度。 #### 三、原理图及仿真分析 根据设计要求，当Z2 = 100Ω时，Z1 = 2 * Z2 = 70.7Ω。使用微带线工具(TXLine)来计算微带线的宽度和长度。随着阻抗的增加，微带线会变得更窄更长。 ##### 3.1 原理图与Layout结构 - **原理图**：包含四个端口，分别代表输入端、直通端、耦合端和隔离端。 - **Layout结构结果图**：显示了微带线的具体布局和连接方式。 ##### 3.2 损耗分析 - **损耗**：-3dB - **隔离度**：-58dB 为了优化性能，需要通过调整四分之一波长的长度来调节谐振频率的偏移，并通过调整微带线宽度来控制损耗。如果S21和S31的损耗相差较大，会导致效率降低。因此，应尽量使S21和S31接近-3dB且等功分。如果不等功分，可以通过增大宽度来增大某一路的损耗，从而达到平衡。 通过对AWR仿真分支线定向耦合器的设计和分析，我们可以深入了解该器件的工作原理、关键参数及其对性能的影响，这对于微波无源器件的设计和优化具有重要的参考价值。

基于欧姆龙元器件的涂布机程序NJ501-1400高精度运动控制系统,涂布机程序欧姆龙NJ501-1400，无触摸屏。 整机全部使用欧姆龙产品，欧姆龙R88D系列伺服，NX-ECC201耦合器通信远程总线控制，远程搭载NXID5342，NX-OD5121，数字量模块，AD3603，DA2603，模拟量输入输出模块。 主机搭载CJ1W-AD081，CJ1W-DA08V，模拟量输入输入输出 OMRON总线伺服，主轴虚轴测长，电子齿轮凸轮同步控制应用，卷径计算，速度计算，轴棍速度运动控制，收放卷速度控制，收放卷张力转矩控制，全套欧姆龙元器件 ,欧姆龙NJ501-1400涂布机：全欧姆龙产品，伺服驱动与远程总线控制

多年来，工业、医疗和其他隔离系统的设计人员实现安全隔离的手段有限， 唯一合理的选择是光耦合器。如今，数字隔离器在性能、尺寸、成本、效率和集成度方面均有优势。了解数字隔离器三个关键要素的特点及其相互关系，对于正确选择数字隔离器十分重要。这三个要素是：绝缘材料、结构和数据传输方法。

对永磁耦合器涡流损耗功率进行了分析,根据电磁感应及能量守恒定律得到涡流损耗与其影响因素的关系,通过有限元仿真分析了稳定运行及过载状态下永磁耦合器的温升情况。结果表明,在相同负载的条件下,气隙厚度增加、导体盘电阻率增大、铜盘厚度减小都会导致涡流损耗增加;对于40 kW矿用永磁耦合器,使用自然风冷方式可以满足300 N·m以内负载的散热要求;过载情况下,永磁耦合器的永磁体会在45 s内达到居里温度并造成永久损坏,应及时关闭电机。

利用Ansoft Maxwell软件对矿用永磁耦合器建模仿真,得出气隙越小转矩越大且转矩随转差率的变化类似于异步电动机机械特性的结论,分析了通过调节气隙大小,实现调速控制的可行性。提出永磁耦合器调速机构的整体设计方案,并对目前煤矿生产中常用的几种调速控制技术进行了分析对比,揭示永磁传动调速更适合井下恶劣环境的特点。最后探讨在泵类负载上采用永磁耦合器控制转速,可产生显著的节能效果和经济效益。

针对大功率可调速型盘式磁力耦合器运行时,永磁体温度过高且易失效的问题,采用磁路法对导体转子的涡流损耗进行了理论推导,利用有限元软件对大功率高负载工况下的磁力耦合器永磁体稳态温度场进行了研究。研究结果表明,随着转差增大,磁力耦合器中的永磁体温度呈现出逐步增大的趋势;随着磁力耦合器气隙距离的减小,永磁体的最高温度逐步升高;当磁力耦合器的转差在180r/min以下,气隙不小于18mm时,其永磁体温度将保持在55℃以下,永磁体的最大磁能积和剩磁几乎不受影响,可保证磁力耦合器正常高效工作;当磁力耦合器处于大功率高负载工作状态下,气隙距离对永磁体的温度状态影响显著,当转差为180r/min,气隙小于15mm时,永磁体温度将急剧上升,当气隙减小至3mm时,永磁体的实际最高温度将达到180℃以上,剩磁相比于室温下降接近20%,最大磁能积下降约45%。该研究成果对大功率磁力耦合器温度场研究具有一定的参考意义。

为了简单直接地解调出光纤光栅的波长移动,提出了另外一种非平衡马赫曾德尔干涉仪的直接解调技术。用一只2×2耦合器和一只3×3耦合器组成非平衡的马赫曾德尔光纤干涉仪,作为光纤光栅的波长移动解调器。解调器输出的3路信号,互成120°相位差。通过对3路输出信号计算的方法,就可以直接解调出光纤光栅的波长移动。将3路信号采集送入计算机,用软件实现了信号的解调。测量结果表明,在干涉仪两臂长度相关5 mm时,测量动态应变的分辨率达到了0??51 nε/Hz1/2。还得到了输出信号的频谱和输入输出信号的关系。

电路图——光电耦合器测试调试电路.png

采用Lange耦合器的宽频带特性设计平衡式宽频带低噪声放大器，可以获得理想的噪声匹配，不必兼顾驻波比，且放大器的可靠性和稳定性也比较好，并通过设计实例的仿真和测试结果对相应指标进行了验证。

定向耦合器原理及应用