作为无线通信系统的重要组成部分，微带定向耦合器在天线馈电网络、平衡功率放大器、正交混频器和功率监测器等电路中有着广泛的应用。随着扫频信号源、反射计、网络分析仪和其他功率测量设备的发展，定向耦合器往往需要良好的方向性和较宽的带宽来满足应用要求。因此，具有高方向性的宽带定向耦合器的设计和研究是非常有意义的。

针对上述需求，西安交通大学刘海文教授团队提出了基于混合二进制粒子群遗传算法的离散编码型宽带弱耦合器。该论文题目为：《A broadband loose coupling coupler with discrete structure and hybrid binary particle swarm genetic optimization algorithm》，该研究成果于2022年10月12日在International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering期刊发表。

图1  30dB离散编码型耦合器版图

该文提出了一种具有高方向性的宽带微带定向耦合器的设计方法并设计了一款30dB耦合器。该方法采用MATLAB-HFSS联合仿真技术将预设的微带定向耦合器的设计空间离散为一个规则的形状，并对离散的空间进行编码。利用一种新颖的算法——混合二进制粒子群遗传算法（HBPSGOA）来寻找适当的编码单元组合设计具有高指向性的宽带微带定向耦合器。

图2  S参数仿真测试结果对比图

图3  输出端口相位差和方向性仿真测试结果对比图

仿真测试结果如图2和图3所示。测试结果表明，该耦合器工作带宽为39.4%，最大方向性为39.3dB，直通端和耦合端输出相位差为88±2°。该耦合器具有宽带宽、高方向性、小尺寸等优良特性，在馈电网络设计、功率检测等领域具有良好的应用优势和潜力。

该研究得到了国家自然科学基金，陕西省重点研发计划国际科技合作计划重点项目、陕西省深空探测智能信息技术重点实验室、鸿鹊创新中心以及西安交通大学自由探索与创新项目（学生类）资助。