作为一个射频工程师，能够留名青史的不多。我们大家所熟悉的除了Smith 大神和Wilkinson 大神，另一个就是Julius Lange 了。Smith圆图和Wilkinson功分器都不用再多做介绍了。我们今天来讲述一下另一个留名射频史的工程师 Julius Lange 和他的Lange 耦合器。 No.1 Lange 耦合器的历史 1969年，当时在TI工作的Dr. Lange 接到了一个棘手的项目。当时的TI要研发一款基于陶瓷基板的射频放大器，在这个放大器里面需要一个3dB耦合器，然而在当时的条件下，微带耦合器很难实现3dB的紧耦合。即使现在，在同层PCB上，靠窄边耦合，也很难实现如此大的强耦合。如果这个问题给你，你会怎么解决呢？很快我们都会想到了交指，用交指来实现微带线见的强耦合，这个在现在滤波器设计中会经常用到，比如下面这张图。实际上 Lange也想到了这个方法，但是在实际设计中又遇到了对称性的问题，在这一个一个问题的排查解决过程中，一个伟大的耦合器就此产生——Lange耦合器。 J. Lange 是幸运的，他接到了一个好项目，让他有机会去寻找这个问题的解决方法。换做是你，也许这个耦合器前面加的就是你自己的名字。不能怪我们不够聪明，只能说自己生的太晚了。 Dr. Lange 紧接着就发表了这篇著名的论文“Interdigitated Strip-Line Quadrature Hybrid”，当然也拥有了这个耦合器的专利US3516024。（需要的同学可以在公众号对话框输入 Lange，获得下载链接。） No.2 Lange 耦合器的原理 Lange耦合器是一种正交混合耦合器，在输出端口（端口2和端口3）之间有90°的相位差。Lange耦合器的微带电路设计如下图所示。为了达到强耦合，此处用了四根相连接的耦合线，这种耦合线很容易实现强耦合，并且有一倍频程以上的带宽。其难点是实际加工比较困难，主要是线比较窄且间隙很小，另外的横跨在线之间的连接线也很难实现。 于是人们就把原始的Lange耦合器做了展开设计，如下图所示。 展开型的Lange耦合器设计就稍微简单点，但是原理同Lange原型一样。展开型的Lange耦合器可以用等效电路模拟，如下图所示，它由四根导线组成，所有这些导线都有相同的线宽和间隙。如果我们假设每根导线只与相邻的导线进行耦合，忽略较远的导线的耦合，那么其等效电路可以展开成两根平行耦合线。然后就可以用耦合线的分析方法去分析Lange耦合器。 分析方法我们不再详述，具体可参考论文“A NOVEL APPROACH TO THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF 3 dB LANGE COUPLER FOR MMIC Ka-BAND QPSK MODULATOR” 比较方便的是很多的射频仿真软件上集成了Lange 耦合器的模型，我们可以直接调用模型进行仿真。比如ADS里面的这个模型。 我们调用这个模型就可以进行仿真。 这个看似复杂的Lange耦合器，其实原理也很简单。我们在解决实际问题的时候，很多时候，自然而然的就解开了。所以，不要怕出问题。没问题才是最可怕的。当你解开时，会发现，其实原理就是这么简单。这也是我们在【射频学堂】不断地去嚼书本，去啃基础知识的原因。 这个交指结构在微波滤波器设计中会经常用到，尤其是在宽带电容耦合情况下。 关于Lange耦合器的一些论文和专利下载请在公众号对话框输入：Lange 获取下载链接。 参考文献： 1， Interdigitated Strip-Line Quadrature Hybrid， Julius Lange 2，Microwave engineering David Pozer 往期推荐 更多内容，请关注公众号查阅。
责编：Echo
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