定向耦合器方向性的分析
一种耦合组件、定向耦合器、提高定向耦合器方向性的方法与流程
一种耦合组件、定向耦合器、提高定向耦合器方向性的方法与流程导言在无线通信领域，耦合组件是一种常用的器件，用于将无线信号从一个系统传输到另一个系统。
定向耦合器作为一种重要的耦合组件，具有将信号定向传输的能力。
然而，传统的定向耦合器在实际应用中存在一些问题，例如方向性不足等。
因此，本文将介绍一种改进的定向耦合器，以提高其方向性，同时给出相关的方法及流程。
1. 耦合组件的基本原理耦合组件是一种用于传输无线信号的器件，通常由两个互相连接的端口组成。
它的基本原理是通过电磁场的相互作用，将输入信号从一个端口传输到另一个端口。
在传统的耦合组件中，信号的传输是均匀的，没有明显的方向性。
2. 定向耦合器的基本结构和工作原理定向耦合器是一种特殊的耦合组件，它具有将信号按照一定比例分配到不同的端口的能力。
它通常由一个主端口和多个辅助端口组成。
其基本结构包括耦合器主体、耦合线圈和耦合孔，工作原理是通过耦合线圈和耦合孔之间的电磁场相互作用，实现信号的定向传输。
3. 定向耦合器的问题然而，传统的定向耦合器在实际应用中存在一些问题，其中之一是方向性不足。
由于设计限制或制造误差，定向耦合器无法实现较高的方向性，导致信号的传输存在一定的误差，影响系统的性能。
4. 提高定向耦合器方向性的方法为了解决定向耦合器方向性不足的问题，可以采取以下方法：4.1 优化设计通过优化定向耦合器的设计，可以改善其方向性。
例如，可以对耦合线圈和耦合孔的尺寸、形状进行调整，以使得电磁场的分布更加均匀，提高定向耦合器的方向性。
4.2 材料选择选择合适的材料也可以提高定向耦合器的方向性。
某些材料具有较强的电磁场传导能力，可以降低信号的传输损耗，提高定向耦合器的方向性。
4.3 精密制造精密制造是提高定向耦合器方向性的重要方法之一。
通过精细加工和严格控制制造工艺，可以降低制造误差，提高定向耦合器的方向性。
4.4 反馈控制引入反馈控制机制，可以实时调整定向耦合器的参数，使其在工作过程中动态适应信号的变化，从而提高方向性。
定向耦合器的测量方法
耦合度 10log(
输入端输入功率 ) 耦合端输出功率
方向性：理想的定向耦合器只耦合输入端的功率， 但是实际的定向耦合器总 会耦合一部分输出端的反射功率，方向性就是表示耦合端耦合反射功率的指标， 其计算方法为输出端的反射功率与耦合端输出功率的比值，公式为
耦合度 10log(
输出端反射功率 ) 耦合端输出功率
图 2 典型的网络分析仪(安捷伦 8714ES/3G)
测试步骤
耦合度的测量 1. 如图 3 所示连接好设备和仪器； 2. 将网络分析仪测试频段调节为定向耦合器的工作频段； 3. 连接好后， 网络分析仪会显示该定向耦合器在工作频段内的耦合度曲线， 可以通过移动光标查看频段内不同频率下耦合器的耦合度（dB络分析仪： 网络分析仪可直接测量有源或无源、可逆或不可逆的双口和单 口网络的复数散射参数，并以扫频方式给出各散射参数的幅度、相位频率特性。 自动网络分析仪能对测量结果逐点进行误差修正， 并换算出其他几十种网络参数，
如输入反射系数、 输出反射系数、 电压驻波比、 阻抗 （或导纳） 、 衰减 （或增益） 、 相移和群延时等传输参数以及隔离度和定向度等， 典型的网络分析仪如图 2 所示。
输出端口
定向耦合器
输入端口
耦合端口 输出端口 网络分析仪 输入端口
图 4 定向耦合器方向性的测量框图
输入端口 定向耦合器 耦合端口 输出端口 网络分析仪 输入端口 输出端口
图 3 定向耦合器耦合度的测量框图
方向性的测量 1. 如图 4 所示连接好设备和仪器(将网络分析仪的信号输出端连接到定向耦 合器的输出端口，模拟定向耦合器输出端的反射功率)； 2. 将网络分析仪测试频段调节为定向耦合器的工作频段； 3. 连接好后， 网络分析仪会显示该定向耦合器在工作频段内的方向性曲线， 可以通过移动光标查看频段内不同频率下耦合器的方向性（dB） 。
定向耦合器
定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。
主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。
基本简介定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。
定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。
但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。
定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件。
它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等，一种应用特别广泛的耦合器是3dB 耦合器，这种耦合器的两个输出端口输出信号的幅度是相等的。
在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论，Cohn和Levy等人也做了很多贡献。
随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线。
随后由于微波电路与系统的需要有相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线。
这样就出现了各种传输线定向耦合器。
第一个真正意义上的定向耦合器由H. A. Wheeler在1944年设计实现，Wheeler使用了一对长为四分之一中心频率波长的圆柱来实现电场与磁场的能量相互耦合，遗憾的是这种方法只能实现一个倍频程的带宽。
定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合(分配)元件。
它是一种四端口元件，通常由称为直通线(主线)和耦合线(副线)的两段传输线组合而成。
直通线和耦合线之间通过一定的耦合机制(例如缝隙、孔、耦合线段等)把直通线功率的一部分(或全部)耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。
定向耦合器方向性的分析
定向耦合器方向性的分析目前公司许多产品都用到定向耦合器，但在应用过程中都需要大量调试其方向性来满足指标要求，为了减小调试时间以及调试过程中产生的一些不稳定因素，让产品在设计时就能满足指标要求或在产品中增加一些可调器件来降低调试时间和增加产品的可靠性。
一、定向耦合器为什么会有方向性上图为一段平行耦合传输线，当传输线1-4中有交变电流i I流过时，由于2-3线与1-4线靠得很近，所以2-3线中就有耦合来的能量，这个能量可通过电场（以耦合电容表示）又通过磁耦合（以耦合电感表示）耦合过来的。
通过C m的耦合在2-3线中产生的电流i c2和i c3，同时由于i I的交变磁场作用，在2-3线上有感应电流i L，根据电磁感应定律，感应电流i L的方向与i I相反。
由上图可以看到，若有能量从端口1口输入，端口2是耦合口，端口4是输出端，端口3上有电耦合电流i c3和磁耦合电流i L，这两个电流是方向相反能量相同，相互抵消了，故端口3为隔离端，也使得定向耦合器变得有方向性了。
二、如何改善耦合器的方向性图二图三图一是一段耦合微带线，上面什么也没有，仿真的结果为图二，可以看出这时耦合器的方向性很差，就个2dB，但在这段耦合微带上覆盖一层与基片相同厚度的介质后，得到的仿真结果为图三，这时方向性有很大的改善，有20dB左右。
这个在我们实际的设计时已经应用到了，就是在主杆旁边直接用微带线来进行耦合，在调试时去改变腔深对方向性变化很明显，这是因为耦合微带的电场分别处在空气和介质中，所以它的奇模和耦模的相速不相同的，在隔离端的信号就不能相互抵消，方向就会变差，当覆盖一层介质后，电场就只在介质中传输，奇模和耦模的相速就变得相同了，方向就会得到很大的改善。
2、旋转耦合附杆，使之与传输主杆形成一个角度，这在实际应用中很多例子，这和第一种方法是同种道理，改变奇、耦模的电角度来改变它的相速，使方向性变好。
图五在图一的基础上，在隔离端加一电容后仿真的结果，可以看出。
深入讨论定向耦合器的方向性
深入讨论定向耦合器的方向性－ 方向性对功率、驻波比和回波损耗测量的影响方向性在决定射频功率、电压驻波比和回波损耗测量精度方面扮演着重要的 角色。
由于方向性产生的误差可能会严重影响基于测试结果所得出的结论。
本文就方向性的问题进行了深入的探讨。
BXT™ Technologies zh@Application NoteAN-0802深入讨论定向耦合器的方向性前言：在通过式功率测量中，定向耦合器的方向性在 决定射频功率、驻波比和回波损耗测量精度方面扮 演着重要的角色。
由方向性产生的误差可能会严重 影响基于测试结果所得出的结论，本文就方向性的 问题进行了深入的探讨。
图 1 是一个用通过式功率计在线测量发射系统 的例子，表 1 则阐述了方向性对测量精度的影响。
图 1 驻波比的测量精度取决于功率计的方向性表 1 定向耦合器方向性对测量精度的影响 项目 功率计的方向性实际天线 VSWR VSWR 测量范围 VSWR 测量误差 实际发射机正向功率 正向功率测量范围 正向功率测量误差 实际天线反射功率 反射功率测量范围 反射功率测量误差指标 25dB1.50（回波损耗-14dB） 1.33 至 1.69 (回波损耗-16.9 至-11.8 dB) -0.17 至+0.19 (回波损耗-2.9 至+2.2 dB) 20.0 W 19.54 至 20.45 W -2.3% 至+2.25% W 0.8 W 0.41 至 1.31 W -48.3%至+64.1% W40dB1.50(回波损耗-14dB) 1.47 至 1.53(回波损耗-14.4 至-13.5 dB) -0.03 至+0.03(回波损耗-0.4 至+0.5 dB) 20.0 W 19.92 至 20.08 W -0.4% 至+0.4% W 0.8 W 0.72 至 0.88W -9.8%至+10.3% W表 1 表明， 方向性为 25dB 的功率计或天线监 测仪的测量误差要比方向性为 40dB 时大得多， 这 种误差将影响判断天线是否符合指标， 同时也会在 监测天线时造成误报警。
定向耦合器的基础知识解析
定向耦合器的基础知识解析
定向耦合器是一种极具使用价值的无源射频器件，其可从主传输路径中提取一小部分能量，并将其导向至一个或多个耦合端口。
由于耦合端口与主传输路径之间具有高隔离度时较为有利，因此定向耦合器端口间的隔离度通常较高。
目前，主要有两种类型的定向耦合器：具有一个耦合端口和一个端接端口的标准定向耦合器；以及具有正向和反向耦合端口的双定向耦合器。
此外，还存在其他类型的双定向耦合器，根据耦合至正向或反向端口的耦合端口的种类，这些双定向耦合器被称为正向耦合器和反向耦合器。
常见定向耦合器示意图
需要注意的重要一点是，定向耦合器所提供的耦合量对主传输路径插入损耗的理论最小值具有直接影响。
端口的耦合量越小，插入损耗越低。
通常，耦合端口的额定功率水平低于主传输路径的额定功率水平，当主传输路径功率与耦合强度的差值超出耦合端口的功率处理能力时，则可能发生故障。
一般情况下，采用精密内部匹配端接方式的三端口定向耦合器的定向性高于采。
定向耦合器指标
定向耦合器指标定向耦合器是一种常用的微波器件，主要用于功率的分配和组合，以及信号的测量和处理。
其性能指标对于整个系统的性能至关重要。
本文将对定向耦合器的主要性能指标进行详细介绍。
一、耦合度耦合度是定向耦合器最重要的性能指标之一，它表示耦合端口输出信号与输入信号之比。
通常用分贝（dB）来表示。
耦合度的选择取决于系统的具体需求，如需要将主信号的多少部分分流出来，以及需要将多少功率传输到负载等。
一般来说，耦合度越高，意味着更多的功率被分流出来，反之则更少的功率被分流。
在设计定向耦合器时，需要根据系统的具体要求和用途，选择合适的耦合度。
二、方向性方向性是定向耦合器的另一个重要指标，它表示定向耦合器对指定方向的信号具有较高的传递系数，而对相反方向的信号具有较低的传递系数。
方向性的大小取决于定向耦合器的设计结构和工艺水平。
一般来说，方向性越高，意味着定向耦合器的信号传递性能越好，越能有效地抑制反向信号的干扰。
因此，在某些需要防止信号反向泄漏或提高信号传输可靠性的系统中，应选择高方向性的定向耦合器。
三、隔离度隔离度表示定向耦合器的输出端口之间的信号相互隔离的程度。
理想的定向耦合器应具有完全的隔离，以避免信号在各输出端口之间的相互干扰。
然而，由于各种因素的影响，实际的定向耦合器隔离度总是存在一定的限制。
隔离度的高低取决于定向耦合器的设计、工艺和材料等因素。
在实际应用中，应根据系统的具体要求选择隔离度合适的定向耦合器，以保证系统的稳定性和可靠性。
四、带宽带宽表示定向耦合器正常工作的频率范围。
理想的定向耦合器应在较宽的频带内具有一致的传输特性和相位特性。
然而，由于各种因素的影响，实际的定向耦合器带宽总是存在一定的限制。
带宽的大小取决于定向耦合器的设计、工艺和材料等因素。
在实际应用中，应根据系统的具体要求和用途选择带宽合适的定向耦合器，以保证系统的正常工作和稳定性。
五、驻波比驻波比（VSWR）表示定向耦合器输入端的电压最大值与最小值之比。
定向耦合器
1实验六 定向耦合器特性的测量及应用目的：研究定向耦合器的特性及其应用。
原理：定向耦合器是微波测量和其它微波系统中常见的微波器件，它是一种有方向性的微波功率分配器，更是近代扫频反射计中不可缺少的部件，通常有波导、同轴线、带状线及微带等几种类型。
图1为其结构示意图。
它主要包括主线和副线两部分，彼此之间通过种种形式小孔、缝、隙等进行耦合。
因此，从主线端上“1”输入的功率，将有一部分耦合到副线中去，由于波的干涉或叠加，使功率仅沿副线一个方向传输（称“正向”），而另一方向则几乎毫无功率传输（称“反向”），图2为本实验所用的十字定向耦合器，耦合器中端口之一终端接一内装的匹配负载。
主线副线图1（一）定向耦合器的主要特性参量有二：为了便于解释耦合度和方向性，画出了定向耦合器传输示意图（图3），图中P 1、P 2分别为主线输入、输出功率；P F 3为副线1243主线副线图3P3F1243主线副线P 1P 23RP P 1P 22中正向输出功率，P R 3为副线中反向输出功率。
（1）耦合度（或过度衰减）C 如图3（a ）所示，主线输入功率P 1，与副线中正向输出功率P F 3之比，称为定向耦合的耦合度，若以分贝（db ）表示则：C=10logFP P 31(db) （6.1） （2）方向性D如图3所示，副线中正向输出功率P F 3与反向输出功率P R 3之比称为定向耦合器的方向性，若以分贝表示，则:D=logRFP P 33(db) （6.2） 有时，反映定向程度的指标也用隔离度D ’来表示。
隔离度表示主线输入功率P 与副线反向输出功率之比，即D=10logRP P 31(db) （6.3） 由式子（2）D=10logR F P P 33=10log R P P31=D ’-C （6.4） 从上可知，定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差，理想的定向耦合器的方向性D →∞;也就是说，当各端均匹配端接时，若功率从主线端“1”输入，则副线仅端“3”有输出，而端“4”无输出；即端“1”与端“4”彼此隔离；端“2”与端“3”彼此隔离，实际的定向耦合器隔离端的耦合隔离的理想器件。
实验七 定向耦合器的性能测量
实验七定向耦合器的性能测量一、实验目的和要求应用所学的有关理论知识，理解定向耦合器的工作原理。
学会对波导定向耦合器主、副线的耦合度（C），方向性（D）的测量。
二、实验内容利用微波测量系统测试波导定向耦合器主、副线的耦合度，方向性。
三、实验原理1．定向耦合器在微波工程中有着广泛的应用，如可用来监视功率、频率和频谱，测量传输系统和元器件的反射系数、插入损耗，还可以用作衰减器、功率分配器等。
2．波导定向耦合器（主、副线皆为矩形波导的定向耦合器）大都通过主、副波导公共壁上的耦合孔（或槽、缝）进行耦合。
主波导中的场通过耦合孔（或槽、缝）进行耦合，并在副波导中激励起主模场。
波导定向耦合器一般可按耦合孔的规格分为单孔、双孔、多孔定向耦合器、十字形孔耦合器以及裂缝电桥等。
3．BD20-5定向耦合器的外形成十字形，它的耦合元件是主副波导相对宽边之间的一对十字槽，能量通过这一对十字槽耦合到副波导中。
当主波导的能量沿正方向传输时，副波导耦合所得能量在它的传输方向是迭加，而与此相反的方向则互相抵消。
副波导中的这一端装有一匹配负载，以吸收未抵消尽的能量。
4．定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，分别对应图十所示的①、②、③和④端口。
5．定向耦合器的主要技术指标有耦合度、定向性、输入驻波比和工作带宽。
图十 定向耦合器的四个端口5.1 耦合度C耦合度C （dB ）定义为输入端口的输入功率P 1和耦合端口的输出功率P3之比的分贝数，即：31lg 10 P P C ＝ 由于定向耦合器是个可逆四端口网络，因此耦合度（dB ）又可表示为：3123123121lg 02 1lg 10 ~ ~ lg 10 S S U S U C ilil＝＝＝ 由C 的定义可见耦合度的分贝数愈大耦合愈弱。
通常把耦合度为0～10dB 的定向耦合器称为强耦合定向耦合器；把耦合度为10～20dB 的定向耦合器称为中耦合定向耦合器；把大于20dB 耦合度的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
定向耦合器特性的测量及应用
6.高频替代法测量定向耦合器的方向性 高频替代法测量定向耦合器的方向性D. 高频替代法测量定向耦合器的方向性
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实验报告要求 实验报告要求
1.扼要写出实验目的,原理及线路图. 1.扼要写出实验目的,原理及线路图. 扼要写出实验目的 2.整理实验数据,计算耦合度C和方向性系数D. 2.整理实验数据,计算耦合度C和方向性系数D. 整理实验数据
即定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差. 即定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差.
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实验原理 实验原理
2.测量的主要方法 测量的主要方法
(1)功率比法 功率比法 功率比法根据衰减量的基本定义. 功率比法根据衰减量的基本定义.用测量两个功率的比值 来确定被测器件的衰减量, 来确定被测器件的衰减量,根据功率指示方式的不同又可分为 直接法和间接法. 直接法和间接法. (2)高频替代法 (2)高频替代法 替代法是应用标准衰减器来测量微波元件衰减量的另一种 方法. 方法.其基本思想是在信号源和检波系统之间接入一只已校正 的精密衰减器. 的精密衰减器.
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实验原理 实验Leabharlann 理定向耦合器特性参量主要有 定向耦合器特性参量主要有:
1.耦合度 3.输入驻波比 及带宽范围
2.方向性
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实验原理 实验原理
(1) 耦合度 过度衰减)及测量 耦合度(过度衰减 及测量 过度衰减 输入到主波导的功率与副波导中沿正向传输的功率之比称为定向 耦合器的耦合度C(也称过渡衰减): C(也称过渡衰减 耦合器的耦合度C(也称过渡衰减):
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深入讨论定向耦合器的方向性
深入讨论定向耦合器的方向性——方向性对功率、驻波比和回波损耗测量的影响文/Jim Norton，Bird Electronic；译/陈琳瑛，林恺***************************************************************************************************** 前言：方向性在决定射频功率，电压驻波比和回波损耗测量精度方面扮演着重要的角色。
由于方向性产生的误差可能会严重影响基于测试结果所作出的结论。
本文就方向性的问题进行了深入的探讨。
图1和例1例2阐明了方向性的影响。
可以看到，方向性为25dB的在线功率计或天线监测仪比方向性为40dB的误差要大得多。
这种误差将影响判断天线是否符合指标，同时也会在监测天线时造成错误报警(比如在一切正常的情况下报警，更糟糕的是，在有问题的时候没有报警！)后面将会讨论到的计算步骤，用比较直接的形式得到这些数据。
为了方便起见，在本文后的附录中附上了方向性表，表中列出了给定VSWR及回波损耗对应的误差范围。
你可以针对具体的应用在下载免费版“RF Calculator”软件进行此项及其它几项分析。
例1：25dB方向性功率计或天线监测仪指标：25DB方向性天线电压驻波比(VSWR)(实际)：1.50 VSWR (-14.0 dB回波损耗)VSWR 测量范围：1.33 to 1.70 VSWR (-16.9 to -11.7 dB回波损耗)VSWR 测量误差：-0.17 to +0.20 VSWR (-2.9 to +2.3 dB 回波损耗)发射机正向功率(实际)：100.0 W正向功率测量范围：97.8 to 102.3 W正向功率测量误差：-2.2% to +2.3% W天线反射功率(实际)：4.0 W反射功率测量范围：2.1 to 6.6 W反射功率测量误差：-48% to +64% W 例2：40dB方向性功率计或天线监测仪指标：40DB方向性天线电压驻波比(VSWR)(实际)：1.50 VSWR (-14.0 dB回波损耗)VSWR 测量范围：1.47 to 1.53 VSWR (-14.4to -13.5 dB回波损耗)VSWR 测量误差：-0.03 to +0.03 VSWR (-0.4 to +0.5 dB 回波损耗)发射机正向功率(实际)：100.0 W正向功率测量范围：99.6 to 100.4 W正向功率测量误差：-0.4% to +0.4% W天线反射功率(实际)：4.0 W反射功率测量范围：3.6 to 4.4 W反射功率测量误差：-10% to +10% W方向性方向性是定向耦合器在一个发射系统中辨别入射波和反射波的能力的一个度量标准，或品质因数。
深入讨论定向耦合器的方向性
深入讨论定向耦合器的方向性－ 方向性对功率、驻波比和回波损耗测量的影响方向性在决定射频功率、电压驻波比和回波损耗测量精度方面扮演着重要的 角色。
由于方向性产生的误差可能会严重影响基于测试结果所得出的结论。
本文就方向性的问题进行了深入的探讨。
BXT™ Technologies zh@Application NoteAN-0802深入讨论定向耦合器的方向性前言：在通过式功率测量中，定向耦合器的方向性在 决定射频功率、驻波比和回波损耗测量精度方面扮 演着重要的角色。
由方向性产生的误差可能会严重 影响基于测试结果所得出的结论，本文就方向性的 问题进行了深入的探讨。
图 1 是一个用通过式功率计在线测量发射系统 的例子，表 1 则阐述了方向性对测量精度的影响。
图 1 驻波比的测量精度取决于功率计的方向性表 1 定向耦合器方向性对测量精度的影响 项目 功率计的方向性实际天线 VSWR VSWR 测量范围 VSWR 测量误差 实际发射机正向功率 正向功率测量范围 正向功率测量误差 实际天线反射功率 反射功率测量范围 反射功率测量误差指标 25dB1.50（回波损耗-14dB） 1.33 至 1.69 (回波损耗-16.9 至-11.8 dB) -0.17 至+0.19 (回波损耗-2.9 至+2.2 dB) 20.0 W 19.54 至 20.45 W -2.3% 至+2.25% W 0.8 W 0.41 至 1.31 W -48.3%至+64.1% W40dB1.50(回波损耗-14dB) 1.47 至 1.53(回波损耗-14.4 至-13.5 dB) -0.03 至+0.03(回波损耗-0.4 至+0.5 dB) 20.0 W 19.92 至 20.08 W -0.4% 至+0.4% W 0.8 W 0.72 至 0.88W -9.8%至+10.3% W表 1 表明， 方向性为 25dB 的功率计或天线监 测仪的测量误差要比方向性为 40dB 时大得多， 这 种误差将影响判断天线是否符合指标， 同时也会在 监测天线时造成误报警。
定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性
定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性时间：2015-08-11 来源：天线设计网TAGS：定向耦合器耦合器无源器件定向耦合器的技术指标定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，在射频系统中有着广泛的应用，如功率监控系统、测试系统、功率分配系统等。
定向[天线设计网]耦合器的种类繁多。
（1）定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端口3）和隔离端（端口4)。
（2）当信号从输入端输入时，除了一部分功率直接从直通端输出外，同时还有一部分功率耦合到耦合端输出，但不会从隔离端输出。
（3）如果耦合端与直通端同方向，则称为“同向定向耦合器”。
反之，称为“反向定向耦合器”。
除了所有器件都有的一些指标外，如电压驻波比、工作带宽外，定向耦合器的主要技术指标有耦合度、方向性和隔离度。
[天线设计网]设输入功率为 P1，直通端、耦合端和隔离端在接匹配负载时的输出功率分别为P2， P3， P4。
耦合度C定义：方向性D定义：理想情况下隔离度I定义：理想情况下很显然有以下关系：实际上，[天线设计网]方向性和隔离度同属表征定向耦合器定向性能的指标，故而取其一就够了。
理想定向耦合器特性【定理】互易、无耗、对称、完全匹配的四端口网络可以构成一个理想的90°定向耦合器。
证明：根据互易、对称、完全匹配，有利用无耗网路S矩阵的幺正性：可得，可见，S12、S13和S14中[天线设计网]必然有一个为零，由于端口2为直通端口，故S12不为零。
（a）设S14＝0（正向定向耦合器），则（b）设S13＝0（反向定向耦合器），则得证。
结论：理想定向耦合器耦合端与直通端输出功率之和等于输入功率。
理想定向耦合器直通端与耦合端相差90度。
下载提示：有模型附件下载的，请将文件后缀格式“.txsjw”改为“.rar”即可正常打开。
温馨提示：如有转载请注明出处-天线设计网-定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性。
定向耦合器的应用及指标参数
定向耦合器在微波技术中有着广泛的应用，种类很多。
波导同轴线带状线微带线按传输线类型单孔耦合多孔耦合连续耦合平行线耦合按耦合方式同向耦合反向耦合输出方向90度定向180度定向输出相位强耦合中等耦合弱耦合按耦合强弱定向耦合器的技术指标定向耦合器一般属于四端口网络，它有输入端，直通端，耦合端和隔离端，分别对应右图所示的1、2、3和4端口。
定向耦合器的主要技术指标有耦合度，隔离度（或方向性）、输入驻波比和工作带宽。
（一）耦合度C耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的分贝数，即31log10PPC=（dB）由于定向耦合器是一个可逆四端口网络，因此耦合度又可表示13113211log202~2~log10SUSUCii=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=（dB）由此可见耦合度的分贝数越大耦合越弱。
通常把耦合度为0~10Db的定向耦合器称为强耦合定向耦合器；把耦合度为10~20Db的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器；把耦合度大于20Db的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
（二）隔离度D隔离度D 定义为输入端的输入功率P1与隔离端的输出功率P4之比的分贝数，即41log10P P D =（dB ）若用散射参量来描述，则有14114211log 202~2~log 10S U S U D i i =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=(Db)在理想情况下，隔离端应无输出功率，即P4=0，此时隔离度为无限大，但实际上由于设计或加工制作的不完善，常有极小部门功率从隔离端输出，使隔离度不再为无限大。
有时用方向性（dB ）来表示耦合器的隔离性能，它是耦合端输出功率P3与隔离端的输出功率P4之比。
也可用散射参量来表示反向性，即C D S S S S P P D -===='141321421343log 20log 10log10（三）、输入驻波比p将定向耦合器除输入端外，其余各端均接上匹配负载时，输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。
定向耦合器——精选推荐
定向耦合器微带改进的鼠笼式混合接头可实现宽带设计还需考虑 1导体损耗和介质损耗 2对于不连续性和杂散的补偿设计 3介质结构的异向性造成奇偶模的不同相速使定向性变差可利用屏蔽利用集中电容利用介质重叠 67 孔耦合定向耦合器 4 端口隔离端口 2端口直通端口 1 端口输入端口 3端口耦合端口波导定向耦合器 com 倍兹孔定向耦合器 小孔能用电和磁偶极矩组成的等效源替代法向的电偶极矩和轴向的磁偶极矩向两边辐射时是偶对称的而横向磁偶极矩的辐射是奇对称的调整两源的相对振幅能抵消在隔离端口上的辐射加强耦合端口上的辐射对于平行波导耦合是通过小孔离波导窄壁的距离s控制而对于斜交波导耦合是通过两波导之间的角度控制的 com 多孔耦合器及其工作原理 两孔有四分之一波长在耦合口波同相叠加在隔离口反向相消耦合度有较低的频率依赖性方向性对频率有较高的依赖 com 波导双T和魔T 魔T与混合环有相似的性质 1双T及其性质 将具有共同对称面的E―T接头和H―T接头组合起来平分臂隔离臂性质 1 口输入等幅反相输出口输出为0 2 口输入等幅同相输出口输出为0 3 等幅同相输入口无输出口有输出4 等幅反相输入口有输出口无输出 5 口输入等副同相输出口无输出由上述性质有魔T的S参数为由S矩阵端口1和4互相隔离端口2和3也互相隔离 K即S31幅值的平方 Lange耦合器还有助于补偿偶模和奇模相速的不相等缺点在于对跨线之间的连接线加工困难两种情况一种是奇偶模反射系数都为0传输系数不相等对应耦合器14隔离3耦合另一种是奇偶模系数等幅反相传输系数相等对应耦合器13隔离4耦合奇偶模分别得到的反射系数和传输系数代入前面31页的S参数和奇偶模反射系数传输系数的关系式中可得分支线耦合器的S矩阵注1无耗的四端口器件可同时实现互易和各端口的匹配 2若14端口匹配23端口会自动达到匹配展开得引入偶模反射系数和传输系数和由于对称12和34可看作两根独立且完全相同的波导是其中之一的反射系数和传输系数和奇模激励时有展开得由各反射系数和传输系数的表示式求得S参量为引入奇模反射系数和传输系数和 65 分支线型定向耦合器 com 分支线型定向耦合器原理 如图示各条支线在中心频率上是四分之一波导波长由于微带的波导波长还与阻抗有关故图中支线与主线的长度不等阻抗越大尺寸越长图 6-10分支线耦合器如果分支线耦合器的各个端口接匹配负载信号从1口输入4口没有输出为隔离端2口和3口的相位差为90°功率大小由主线和支线的阻抗决定 com 分支线型定向耦合器设计 设计步骤 步骤一确定耦合系数C dB 各端口的特性阻抗Z0Ω中心频率fc基板参数εrh 步骤二计算支线和主线的归一化导纳a和b 步骤三计算特性阻抗Za 和Zb和相应的波导波长步骤四用软件计算微带实际尺寸 com 分支线型定向耦合器设计实例 设计3dB分支线耦合器负载为50Ω中心频率为5GHz基板参数为εr＝96h 08mm 步骤一确定耦合器指标 步骤二计算归一化导纳 b a 1 步骤三计算特性阻抗步骤四计算微带实际尺寸 支线 50Ω W 083 mm L 602mm 主线 353Ω W 136 mm L 584 mm com 如何直接写出其S矩阵3dB com 如何由奇偶模分析法验证其S矩阵 对于偶模对于奇模奇偶模叠加得当频率在中心频率附近变化10时相差也改变±50由于超出带宽10外的隔离度不能接受其有用带宽限制在10理论上能设计成3～9dB的耦合度 a2 a1 b 接上页 R 1 075 05 13 0707 0614 05 b 1414 161 2 a1 1 1 1 1 a2 1 134 2 3 分支线定向耦合器圆形分支线耦合器 66 环形桥定向耦合器 混合环又称环形桥两个输出端口相差180°也称为鼠笼式混合接头匹配T型混合接头魔T 用波程相移解释当信号从端口1输入时到端口2为90°到端口3为270°故端口3比端口2滞后180°端口1的信号经端口2到达端口4为180°经端口3到达端口4为360°两路信号相位相反在端口4抵消形成隔离端 理论上环形桥的两个输出口的功率比值可以是任意的实际中各个环段上的阻抗不宜相差太大差别过大难于实现工程中两个输出口多是等功率的等功率输出环形桥的用途与分支线相同频带和隔离特性比分支线更好由于隔离口夹在两个输出口之间输出信号要跨过隔离端实现起来不如分支线方便 混合环的设计关键是按照分配比计算阻抗值和长度对于等分环形桥有 Z1 Z2 Z0 每个端口之间的距离为λg4或3λg4 带宽约为20 com 如何直接写出其S 矩阵3dB com 如何由奇偶模分析法验证其S矩阵 和端口与差端口当信号从端口3和端口2输入时在端口1将形成输入信号的和在端口4将形成输入信号的差因此称端口1为和端口端口4为差端口让单位振幅波信号从和端口1输入对于偶模对于奇模按转移矩阵的定义和它与反射系数传输系数的关系可得让单位振幅波信号从差端口4输入对于偶模对于奇模按转移矩阵的定义可得尺寸压缩的准集中式混合接头取尺寸压缩的鼠笼式混合接头集中参数鼠笼混合接头 RFMW 成都信息工程学院电子工程学院 RFmw 第6章定向耦合器 61 定向耦合器的基本原理 62 集总参数定向耦合器 63 耦合微带定向耦合器 64应用奇偶模理论分析定向耦合器 65 分支线型定向耦合器 66 环形桥定向耦合器 67 波导定向耦合器 61 定向耦合器的基本原理 com 定向耦合器的技术指标 包括频率范围插入损耗耦合度方向性隔离度幅度平衡度相位一致性等 1 工作频带定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关系也就是说与频率有关 2 插入损耗主路输出端和主路输入端的功率比值包括耦合损耗和导体介质的热损耗 3 耦合度描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系通常用分贝表示dB值越大耦合端口输出功率越小耦合度的大小由定向耦合器的用途决定 4 方向性描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关系理想情况下方向性为无限大 5 隔离度描述主路输入端口与耦合支路隔离端口的比例关系理想情况下隔离度为无限大 com 定向耦合器的原理定向耦合器是个四端口网络结构描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关系即方向性＝隔离度-耦合度图6-1 定向耦合器方框图若P1P2 P3P4皆用毫瓦mW来表示定向耦合器的四大参数则可定义为插入损耗方向性耦合度隔离度 62 集总参数定向耦合器 com 集总参数定向耦合器设计方法 常用的集总参数定向耦合器是电感和电容组成的分支线耦合器其基本结构有两种低通L-C式和高通L-C式图 6-2 L-C分支线型耦合 a 低通式 b 高通式集总参数定向耦合器的设计步骤 步骤一确定耦合器的指标包括耦合系数C dB 端口的等效阻抗Z0Ω电路的工作频率fc 步骤二利用公式计算出kZ0s及Z0p 步骤三利用下列公式计算出元件值 1 低通L-C式 2 高通L-C式步骤四利用模拟软件检验再微调 com 集总参数定向耦合器设计实例 设计一个工作频率为400 MHz的10 dB低通L-C支路型耦合器Z0 50 Ω要求S11≤-13dB S21≥-2 dB S31≥-13 dBS41≤-10 dB 步骤一确定耦合器的指标C -10dBfc 400MHz Z0 50 Ω 步骤二计算KZ0s Z0p 步骤三利用下列公式计算元件值图 6-3低通L-C支路型耦合器等效电路步骤四仿真计算图 6-4 低通L-C支路型耦合器仿真结果 63 耦合微带定向耦合器 com 平行耦合线耦合器基本原理 通常它由主线和辅线构成两条平行微带的长度为四分之一波长信号由1口输入2口输出4口是耦合口3口是隔离端口因在辅线上耦合输出的方向与主线上波传播的方向相反它也被称为反向定向耦合器当导线12中有交变电流i1流过的时候由于43线和12线相互靠近43线中耦合有能量能量既通过电场以耦合电容表示又通过磁场以耦合电感表示耦合通过耦合电容Ｃm的耦合在传输线43中引起的电流为ic4和ic3 图 6-5平行线型耦合器图6-6 耦合线方向性的解释④③同时由于i1的交变磁场的作用在线43上感应有电流iL 根据电磁感应定律感应电流iL的方向与i1的方向相反所以能量从1口输入耦合口就是4口而在3口因为电耦合电流的ic3与磁耦合电流iL的相位相反而叠加抵消故3口是隔离口 com 平行耦合线耦合器设计方法 平行线耦合定向耦合器的设计步骤 步骤一确定耦合系数C dB 各端口的特性阻抗Z0Ω中心频率fc基板参数εrh 步骤二计算奇模阻抗和偶模阻抗Z0e和Z0o 步骤三依据基板参数εr h利用软件 ADS 计算微带耦合线的宽度及间距W S和四分之一波长的长度P 步骤四利用模拟软件检验再微调 com 平行耦合线耦合器设计实例 设计一个工作频率为750 MHz的10dB平行线型耦合器 Z0 50 Ω 步骤一确定包括C -10dBfc 750MHz FR4基板参数εr 45 h 16 mmtanδ 0015材料为铜 1 mil 步骤二计算奇偶模阻抗步骤三建立图示电路拓扑计算得W 238mmS 031mmP 5716mm且50Ω微带线宽度W50 292mm 图 6-7平行线型耦合器电路图仿真结果如图示 图 6-8平行线型耦合器仿真结果在上述平行耦合线定向耦合器的基础上可以得到各种变形结构结构越复杂计算越困难在正确概念的指导下实验仍然是这类电路设计的有效方法图 6-9耦合线的变形改善频率特性图 6-9耦合线的变形增大耦合度紧耦合图 6-9耦合线的变形高方向性图 6-9耦合线的变形拓展带宽问题图示定向耦合器结构完全对称若从三端口输入信号插入衰减耦合度方向性和隔离度怎么表示平行耦合有窄边耦合和宽边耦合形式其特性可由偶模和奇模的适当线性组合实现带状线耦合为TEM波微带线为准TEM波宽频带的多节耦合器可以制作成关于中央节对称的也可制作成不对称的 Lange耦合器也称交指耦合器左为四指耦合右为其展开型使线两边的杂散场对耦合也有贡献实现紧耦合这样容易达到3dB耦合并有一个倍频程或更宽的带宽 64 应用奇偶模理论分析定向耦合器 设有幅度为1的波从端口1输入分解为奇偶模激励考虑对称性和互易性其S矩阵为偶模激励时有RFMW 成都信息工程学院电子工程学院 RFmw K即S31幅值的平方 Lange耦合器还有助于补偿偶模和奇模相速的不相等缺点在于对跨线之间的连接线加工困难两种情况一种是奇偶模反射系数都为0传输系数不相等对应耦合器14隔离3耦合另一种是奇偶模系数等幅反相传输系数相等对应耦合器13隔离4耦合奇偶模分别得到的反射系数和传输系数代入前面31页的S参数和奇偶模反射系数传输系数的关系式中可得分支线耦合器的S矩阵注1无耗的四端口器件可同时实现互易和各端口的匹配 2若14端口匹配23端口会自动达到匹配。
定向耦合器的研究分析
定向耦合器的研究——几种微带定向耦合器结构与分析摘要定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。
主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。
现在国内外研究定向耦合器都向体积小、功率容量大、频带宽、插入损耗小，有良好的驻波比和方向性等发展。
如今已研制出的高性能的耦合器，如中国电子科技集团公司第四十一研究所研制的耦合器，频率范围可从30kHz达到110GHz，耦合度也有3dB、10dB、20dB 各种型号，且它的功率有的可以达到10KW，例如AV70606耦合器，它在保证方向性大于30dB的情况下，功率就可达到10KW。
甚至有些公司在耦合度控制在10dB的情况下，它的回波损耗可以低于-50到-60dB，甚至更低。
然而在某些特性场合，对耦合器的要求也是越来越高，因而更加优良的耦合器也有待我们去研究。
关键词: 传输线；微带线；定向耦合器；耦合度；奇模；偶模1引言在一些电桥及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向祸合器分支线电桥或定向藕合器由两根平行传输线所组成，通过一些分支线实现拐合它们在中心频率上分支线的长度及其间的间隔全都是四分之一波长。
由于徽带线分支定向祸合器在结构和加工制造方面都比波导和同轴线简便得多，因此在徽带电路，分支线电桥和定向祸合器得到了较多的应用。
随着定向耦合器技术的发展，它应用到了更多更广泛的领域当中去，例如相控阵雷达等，越来越多的人开始关注这项技术，这更使定向耦合器得到了长足发展，随着时间的推移它在电子技术领域占到了越来越重要的地位。
2 微带定向耦合器的种类微带定向耦合器的种类有很多，例如：平行耦合微带线定向耦合器、微波3dB 微带双分支定向耦合器、宽带微带定向耦合器等。
2.1 平行耦合微带线定向耦合器图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。
当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。
定向耦合器分析
ANSYS教学算例集定向耦合器分析撰写：审核：校对：2018年06月12日目录关键字：HFSS，定向耦合器，仿真，参数扫描，优化1．摘要 (1)2．研究内容 (1)3．操作步骤 (1)3.1 新建工程 (1)3.2设置解决方案类型 (1)3.3 建模 (2)3.4 设置求解 (13)4．查看S参数 (15)5．结果和讨论 (16)1. 摘要近年来随着通信事业的快速发展，受人们关注的是小型化分支线定向耦合器技术，虽然其他产业也相应的发展起来的，但是对微波电路集成度的要求还是会随着通信体制的提升而提高。
小型化定向耦合器的研究也日益活跃，小型化定向耦合器成为一个重要的分支在定向耦合器应用技术研究领域里。
人们总是希望微波定向耦合器的频带宽,使用的性能好,所占的体积小。
但是研制整个通频带范围内的定向耦合器,由于工艺等各种原因,目前几乎是不可能实现的事情。
因此,人们在研制微波定向耦合器时,往往有宽频带平行线定向耦合器、高分配比定向耦合器及对上述各种定向耦合器的小型化等等。
由于定向耦合器在微波系统中有极其重要的作用,所以,研制高性能指标的定向耦合器已经成为微波系统设计中的核技术之一。
2. 研究内容这个例子介绍如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个微带耦合器。
首先，计算主线和支线宽度，然后输出和输入端连接线宽度相等。
选定微带板就确定了微带线的介质介电常数和厚度的大小。
3. 操作步骤3.1 新建工程打开ANSYS仿真软件，单击或者【Project】>【Insert HFSS Design】。
并点击或者【File】>【Save As…】保存文件，注意文件名和保存路径不能出现中文。
3.2设置解决方案类型1．选择菜单中的HFSS>解决方案类型（Solution Type）2．解决方案类型窗口：1）选择模式驱动（Modal Terminal）2）点击OK按钮。
3.3 建模3.3.1设置模型的单位1．选择菜单中的Modeler>单位Units2．设置模型单位：1）选择单位：毫米（mm）2）点击OK按钮3.3.2 添加参数选择【HFSS】>【Design Properties】，点击Add添加下列参数。
定向耦合器特性的测量
姓名：学号：实验台号： 实验日期：
实验名称：定向耦合器特性的测量成绩：
实验目的
研究定向耦合器的特性。
,
实验仪器
2.方向性及其测量
副线中正方向传输功率与反向传输的功率之比称为定向耦合器的方向性D。
@
实
验
原
理
定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带等几种类型。定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙等耦合元件，将一部分功率耦合到副线中去，由于波的干涉和叠加，使功率仅沿副线中的一个方向传输（称“正方向”），而在另一方向几乎没有（或极少）功率传输（称“反方向”）。
、
图5—1 定向耦合器原理图
定向耦合器的特性参量主要是：（1）耦合度，（2）方向性，（3）输入驻波比，（4）带宽范围。
1. 耦合度及其测量
输入至主线的功率与副线中正向传输的功率之比称为定向耦合器的耦合度C。
（5－1）
式中， 、 分别为主线输入端的功率及电压； 、 分别为副线正方向传输功率及电压。
本实验测定某定向耦合器的耦合度。首先测量主波导输入端的功率电平，然后将耦合器正向接入测量系统，参见图5－2，测出副波导正向输出端的功率电压，在耦合度C可根据公式（5－1）计算。也可以改变精密可变衰减器衰减量，使两种情况的检测指示器读数相等，则衰减器的读数差即为耦合度C。
}
实验原理
（5－2）
式中， 、 分别为耦合至副线正方向传输的功率及电压； 、 分别为耦合至副线反方向传输的功率及电压。
有时，反向程度也用隔离度来表示。隔离度表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功率之比，即：
（5－3）
根据以上定义可知：
什么是定向耦合器
什么是定向耦合器定向耦合器的工作原理定向耦合器是微波测量和其它微波系统中常见的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。
它是一种有方向性的微波功率分配器，更是近代扫频反射计中不可缺少的部件，通常有波导、同轴线、带状线及微带等几种类型。
图1为其结构示意图。
它主要包括主线和副线两部分，彼此之间通过种种形式小孔、缝、隙等进行耦合。
因此，从主线端上“1”输入的功率，将有一部分耦合到副线中去，由于波的干涉或叠加，使功率仅沿副线-一个方向传输（称“正向”），而另一方向则几乎毫无功率传输（称“反向”）图2为十字定向耦合器，耦合器中端口之一终端接一内装的匹配负载。
定向耦合器的应用1、用于功率合成系统在多载频合成系统中，通常会用到3dB的定向耦合器（俗称3dB电桥），如下图所示。
这种电路常见于室内分布系统，来自两路功率放大器的信号f1和f2经过3dB定向耦合器后，每路的输出均包含了f1和f2两个频率分量，每个频率分量的幅度减少3dB。
如果将其中一个输出端接上吸收负载，另外一路输出可以作为无源互调测量系统的功率源。
如果需要进一步提高隔离度，可以外加一些器件如滤波器和隔离器。
一个良好设计的3dB电桥的隔离度可以做到33dB以上。
定向耦合器用于功率合成系统一定向沟壑区作为功率合成的另外一种应用见下图（a）。
在这个电路中，定向耦合器的方向性得到了巧妙的应用。
假设两个耦合器的耦合度均为10dB，方向性均为25dB，则f1和f2端之间的隔离为45dB。
如果f1和f2的输入均为0dBm，则合成后的输出均为-10dBm。
与下图（b）中的Wilkinson耦合器（其隔离度典型值为20dB）相比，同样输入OdBm的信号，合成后还有-3dBm （未考虑插入损耗）。
作为间样条件下的比较，我们将图（a）中的输入信号提高7dB，这样其输出就和图（b）—致了，此时，图（a）中f1和f2端的隔离度“降低”为38 dB。
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定向耦合器方向性的分析
目前公司许多产品都用到定向耦合器，但在应用过程中都需要大量调试其方向性来满足指标要求，为了减小调试时间以及调试过程中产生的一些不稳定因素，让产品在设计时就能满足指标要求或在产品中增加一些可调器件来降低调试时间和增加产品的可靠性。
一、定向耦合器为什么会有方向性
上图为一段平行耦合传输线，当传输线1-4中有交变电流i I流过时，由于2-3线与1-4线靠得很近，所以2-3线中就有耦合来的能量，这个能量可通过电场（以耦合电容表示）又通过磁耦合（以耦合电感表示）耦合过来的。
通过C m的耦合在2-3线中产生的电流i c2和i c3，同时由于i I的交变磁场作用，在2-3线上有感应电流i L，根据电磁感应定律，感应电流i L的方向与i I相反。
由上图可以看到，若有能量从端口1口输入，端口2是耦合口，端口4是输出端，端口3上有电耦合电流i c3和磁耦合电流i L，这两个电流是方向相反能量相同，相互抵消了，故端口3为隔离端，也使得定向耦合器变得有方向性了。
二、如何改善耦合器的方向性
Port1Port2 Port3Port4
图三
图一是一段耦合微带线，上面什么也没有，仿真的结果为图二，可以看出这时耦合器的方向性很差，就个2dB，但在这段耦合微带上覆盖一层与基片相同厚度的介质后，得到的仿真结果为图三，这时方向性有很大的改善，有20dB左右。
这个在我们实际的设计时已经应用到了，就是在主杆旁边直接用微带线来进行耦合，在调试时去改变腔深对方向性变化很明显，这是因为耦合微带的电场分别处在空气和介质中，所以它的奇模和耦模的相速不相同的，在隔离端的信号就不能相互抵消，方向就会变差，当覆盖一层介质后，电场就只在介质中传输，奇模和耦模的相速就变得相同了，方向就会得到很大的改善。
2、旋转耦合附杆，使之与传输主杆形成一个角度，这在实际应用中很多例子，这和第一种方法是同种道理，改变奇、耦模的电角度来改变它的相速，使方向性变好。
Port1Port2
1 Port3Port4。