git.gag.com Git - debian/atlc/blob - docs/html-docs/determine_dimensions_of_couplers.html

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 TRANSITIONAL//EN">
   2 <HTML>
   3 <HEAD>
   4 <META name="generator" content="Mostly bluefish & vi. Sometimes netscape">
   5 <META http-equiv="CONTENT-TYPE" content="text/html; charset=iso-8859-1">
   6
   7 <META name="DESCRIPTION" content="How to determine the physical dimensions of a directional coupler for its specifiations of frequency and coupling factor.">
   8 <META name="KEYWORDS" content="directional coupler Zodd Zeven mode">
   9 <TITLE>How to determine the physical dimensions of directional coupler</TITLE>
  10 </HEAD>
  11 <BODY>
  12 <H1>How to convert a specification of a coupler in to a practical design</H1>
  13
  14 The program program <CODE>design_coupler</CODE> can generate a set of dimensions needed for making a directional coupler like that below<br>
  15 <img src="jpgs/3dcoup.jpg" width="616" height="140" ALT="a directional coupler"><br>
  16 and end-view of which is shown here:<br>
  17 <img src="jpgs/coupler3.jpg"  width="616" height="140" ALT="a directional coupler"><br>
  18 The width of the blue and red conductors (w) is computed as is the spacing between them s, for any frequency range and coupling factor.
  19 Here is an  example of how to use <CODE>design_coupler</CODE>. In this example, the % sign is used in front of anything you must type which is what you will probably see when using the csh or tcsh as a shell. It would probably be a $ sign if using the sh or bash shell. <p>
  20
  21 Currently a man page does not exist for design_couupler. However, running the program with no arguments <a href="usage_design_coupler.html">gives usage information.</a>
  22
  23 To find the odd and even mode impedances and frequency response of a 50 Ohm coupler, covering 130 to 170 MHz, with a coupling coefficient of 30 dB:<pre>
  24
  25 % design_coupler 30 130 170
  26
  27 For a 30.000 dB 50.000 Ohm coupler with a length of 0.5000 m,
  28 you need to have an odd-mode impedance Zodd of 48.443 Ohms and
  29 an even mode impedance Zeven of 51.607 Ohms
  30
  31 30.000 dB down &lt--- ************************** ---&gt 50.000 Ohm termination
  32
  33 Drive this port --&gt ************************** ---&gt 50.000 Ohm termination
  34                     &lt-------   0.5000 m -----&gt
  35
  36 Drive Port 1, coupler out of port 2 and terminate the other ports in Zo
  37 Such a coupler will have the response indicated below.
  38
  39 f = 130.000 MHz   coupling is -30.192 dB down on the main arm
  40 f = 140.000 MHz   coupling is -30.048 dB down on the main arm
  41 f = 150.000 MHz   coupling is -30.000 dB down on the main arm
  42 f = 160.000 MHz   coupling is -30.048 dB down on the main arm
  43 f = 170.000 MHz   coupling is -30.192 dB down on the main arm
  44
  45 </pre>
  46
  47 Note the frequency response is symmetrical about the centre frequency at 0.192 dB below that wanted. You may wish to redesign this for a coupling coefficient of  about 29.9 dB, so the maximum deviation from the ideal 30.0 dB never exceeds 0.1 dB Note the length suggested is 0.5 m (nearly 20") is a quarter wave at the centre frequency of 150 MHz. You might find this a bit too long, so let's specify a length of 0.25 m.<p>
  48
  49 <pre>% design_coupler -L 0.25 30 130 170
  50
  51 f = 130.000 MHz   coupling is -31.012 dB down on the main arm
  52 f = 140.000 MHz   coupling is -30.479 dB down on the main arm
  53 f = 150.000 MHz   coupling is -30.000 dB down on the main arm
  54 f = 160.000 MHz   coupling is -29.568 dB down on the main arm
  55 f = 170.000 MHz   coupling is -29.180 dB down on the main arm
  56 </pre>
  57 <p>
  58 What you may notice is that while the coupling to the coupled port is exactly 30 dB below the input power at the centre frequency (150 MHz) it is  no longer symmetrical about the centre frequency. Also, deviations from the ideal 30 dB are now much larger, with a maximum error of 1.012 dB Unlike the case when the length is the default quarter wave, there is not much you can do about this, since the deviations occur in both directions.
  59 <p>
  60 Now assume you are reasonably happy with the response when the length is 250 mm but would like to see the response at every 2.5 MHz. This can be done using the -s option to design_coupler.
  61 <p>
  62 <pre>% design_coupler -L 0.25 -s 2.5 30 130 170
  63 f = 130.000 MHz   coupling is -31.012 dB down on the main arm
  64 f = 132.500 MHz   coupling is -30.874 dB down on the main arm
  65 f = 135.000 MHz   coupling is -30.739 dB down on the main arm
  66 f = 137.500 MHz   coupling is -30.607 dB down on the main arm
  67 f = 140.000 MHz   coupling is -30.479 dB down on the main arm
  68 f = 142.500 MHz   coupling is -30.355 dB down on the main arm
  69 f = 145.000 MHz   coupling is -30.233 dB down on the main arm
  70 f = 147.500 MHz   coupling is -30.115 dB down on the main arm
  71 f = 150.000 MHz   coupling is -30.000 dB down on the main arm
  72 f = 152.500 MHz   coupling is -29.888 dB down on the main arm
  73 f = 155.000 MHz   coupling is -29.778 dB down on the main arm
  74 f = 157.500 MHz   coupling is -29.672 dB down on the main arm
  75 f = 160.000 MHz   coupling is -29.568 dB down on the main arm
  76 f = 162.500 MHz   coupling is -29.467 dB down on the main arm
  77 f = 165.000 MHz   coupling is -29.369 dB down on the main arm
  78 f = 167.500 MHz   coupling is -29.273 dB down on the main arm
  79 f = 170.000 MHz   coupling is -29.180 dB down on the main arm
  80 </pre>
  81 <p>
  82 Assuming the performance is acceptable, the dimensions of the coupler can be determined by adding the -d option. This will design a coupler that must look like the structure below. The two inner conductors, which are spaced equally between the top and bottom edges of the outer conductor, must be very thin. These are placed along the length of a box of width W, height H and of a length L determined by the user, which in this case is 250 mm.
  83
  84 <pre>
  85 |-----------^------------------------------------------------------------------|
  86 |           |                                                                  |
  87 |           |              &lt---w---&gt&lt-----s----&gt&lt--w---&gt                       |
  88 |           H              ---------            --------                       |
  89 |           |                                                                  |
  90 |           |   Er=1.0 (air)                                                   |
  91 ------------v------------------------------------------------------------------
  92 &lt-----------------------------------------W-----------------------------------&gt
  93 </pre>
  94
  95 The program reports:
  96 <PRE>H = 1.0, ; w = 1.44 ; s = 0.44 </PRE>
  97 The height of the box H must be small compared to the length L, (perhaps no more than 7% of the length), or 17.5 mm in this case, with a length of 250 mm, otherwise fringing effects will be significant. The width of the structure W should be as large as possible. The program suggests making this 5*H+2*w+s. The 7% and 5*H+2*w+s are educated guesses, rather than exact figures. There is no problem in making the width  larger than 5*H+2*w+s. The length L must be kept at 250 mm. The RATIO of the dimensions H, w and s (but not L or W must be kept constant. W just needs to be sufficiently large - it is uncritical.
  98  <p>
  99 If you happened to have some 15 mm square brass available, then using that  or the side-walls would require that H becomes 15*1.0 = 15 mm,
 100 w = 15*1.44 = 21.6 mm  and s = 15*0.44 = 6.6 mm
 101 <p>
 102 There is no need to compute the above scaling with a calculator, as using The -H option allows one to specify the height H. The program then reports the exact dimensions for the length L, height H, w, s and suggests a minimum width for W.
 103
 104 In summary we have:
 105 <pre>
 106                    30 dB coupler +1.02 dB / -0.78 dB for 130 to 170 MHz
 107                    Length L = 250 mm, height H = 15 mm, stripline spacing s
 108                    = 6.6 mm, stripline width w = 21.6 mm, width W &gt= 124 mm
 109 </pre>
 110        <p>
 111 By default, design_coupler prints a lot of information to the screen. This can be reduced by the -q option or reduced to only one line with -Q Other options include -Z to change the impedance from the default 50 Ohms and -C to see the fully copyright, Licensing and distribution information<p>
 112 <CODE>atlc</CODE> is written and supported by <a href="jpgs/home-email.jpg">Dr. David Kirkby (G8WRB)</A><p>
 113 <a href="http://atlc.sourceforge.net">Return to the atlc homepage</a>
 114 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list1.html"></a>
 115 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list2.html"></a>
 116 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list3.html"></a>
 117 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list4.html"></a>
 118 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list5.html"></a>
 119 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list6.html"></a>
 120 <a href="http://homepage.ntlworld.com/drkirkby/list7.html"></a>
 121 <BR>
 122 <BR>
 123 <A href="http://sourceforge.net"> <IMG
 124 src="http://sourceforge.net/sflogo.php?group_id=25836&amp;type=5"
 125 width="210" height="62" border="0" alt="SourceForge.net
 126 Logo"></A>
 127 </BODY>
 128 </HTML>