实验八定向耦合器特性测量实验

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二、实验原理(续)

参量的测量方法：
◦ 方向性的测量：
说明：
一个理想的定向耦合器，方向性为无穷大，即功率由主线端“１”输入， 则副线仅端“３”有输出，而端“４”无输出；反之，若功率由主线端 “２”输入，副线仅端“４”有输出，端“３”无输出。然而实际情况 并非如此，即功率由端“１”输入，端“４”还有一定的输出，所以方 向性为一有限值。 方向性的测量方法的测量精度取决于主波导端“１”所接匹配负载的驻 波比。因为反向连接时，到达主波导端“１”的功率如果全部被匹配负 载吸收，则副波导输出端的功率就表示定向耦合器的方向性。然而，当 匹配负载性能不完善时，它引起的微弱反射功率也将从端“３”输出， 因而，端“３”的输出功率是由方向性及负载失配两个因素所决定，将 影响方向性的测量。故测量方向性时，主线需用性能良好的匹配负载， 在精密测量时可改用滑动匹配负载法。
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实验八
定向耦合器特性的测量
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一、实验目的

研究定向耦合器的特性； 掌握定向耦合器主要特性参数的测量方法。
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二、实验原理

定向耦合器的作用及结构
◦ 定向耦合器是微波测量和其它微波系统中的常用元件，是 近代扫频反射计的核心部件。 ◦ 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、带状线及微带线等类型。 ◦ 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耦合元件，将一部分功率耦合至副线 中，由于波的干涉及迭加，使功率仅沿副线的一个方向传 输（称为“正方向”），而在另一方向几乎没有（或极少） 功率传输（称为“反方向”）。 ◦ 常见的波导定向耦合器有波导十字孔定向耦合器和波导小 孔定向耦合器
◦
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三、实验内容及步骤(续)

测量数据记录：
参数 次数 1 2 3 4 1口 2口 3口 4口 电表读 数 衰减器 刻度 衰减量 A(dB)
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四、报告处理

根据测量的数据运用公式或查表求得耦合度、方向 性、隔离度等参数。
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二、实验原理(续)

实验系统框图：
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三、实验内容及步骤

调整测试系统：
◦ 调整系统: 使信号源工作频率为9370MHz，调整衰减，使信号源输出合适信号。
调匹配晶体检波架：在测量线的后面接上晶体检波架，用调匹配的方法与 技巧将晶体检波架的驻波比调至S≤1.1；调配过程中要用直接法测驻波比 的方法不断测量驻波比的大小，以确定调配时驻波比的变化趋势。
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二、实验原理(续)

定向耦器结构示意图：
(a)波导十字孔定向耦合器 (b)波导双孔定向耦合器
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二、实验原理(续)

定向耦合器的特性参量：
◦ 耦合度、方向性、输入驻波比、带宽范围等。 ◦ 耦合度(C)：输入至主线的功率P1与副线中正向传输的功 率P3之比称为定向耦合器的耦合度C，也称为过渡衰减 。
常用方法是：改变精密衰减器的衰减量，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定向耦合器的耦合 度C。
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二、实验原理(续)

参量的测量方法：
◦ 方向性的测量方法：
直接衰减法：反向连接定向耦合器，主波导输出端”1”接匹 配负载，调整信号源输出，使副波导端“3”输出的检波电流 或功率指示读数为某确定的值，读取精密可变衰减器的衰减 量。然后正向连接定向耦合器，加大精密可变衰减器的衰减 量，直至“3”端输出指示恢复到原来的偏转读数，读取此时 精密可变衰减器的衰减量，二次衰减量之差即为待测定向耦 合器的方向性。
C 10lg
◦ 方向性(D)：副线中正方向传输的功率与反方向传输的功率 之比称为定向耦合器的方向性D。
D 10lg
P1 U (dB) 20lg 1 (dB) P3 U3
◦ 隔离度(L)：表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功 率之比。 L 10lg P1 (dB) 20lg U1 (dB) D 10lg P 10lg P 10lg P L C

定向耦合器的特性测量：
◦ 测量定向耦合器的输入驻波比：在测量线的后面接上定向耦合器，并在 定向耦合器的主、副臂两个端口接上匹配负载，然后用直接法测量定向 耦合器的输入驻波比。或者分别测量驻波波腹点及波节点的检波电流值 来测量驻波比，测量三次，取平均值。 测量定向耦合器的特性参量：按照实验原理中的原理及方法，分别测量 定向耦合器的耦合度、方向性、隔离度。
3 1 1
P3 U (dB) 20lg 3 (dB) P4 U4
P4
U4
P4
P4
P3
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二、实验原理(续)

参量的测量方法：
◦ 耦合度的测量方法：
一般方法是：首先测量主波导输入端的功率电平，然后将定 向耦合器正向接入测量系统(如下图)，测出副波导正向输出端 的功率电平，则可根据公式计算出耦合度C 。
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五、思考题



定向耦合器的主要指标是什么？怎样区别十字形定向耦合器的 “正向”与“反向”？ 测量耦合度时，可用晶体检波器直接测量输入功率电平及副波导 输出功率电平进行计算的方法，也可以用精密可变衰减器替代的 方法，试问哪种方法好？为什么？ 某定向耦合器的方向性D=20dB，问用它可能测量的最小驻波比为 多少？如果要测量S<1.05的驻波比，则至少应采用多少分贝方向 性的定向耦合器？ 测量耦合度时，若不移动定向耦合器，而将功率检测量器分别连 接在主波导及副波导输出端处测量，问测量的结果与按耦合度测 量方法中介绍的测量框图所测量的结果有何不同？单定向耦合器 法测量待测元件的电压驻波比具有正误差还是负误差？为什么？