射频微波电路导论(第二版) 第6章定向耦合器

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射频定向耦合器原理和使用

射频定向耦合器原理和使用射频定向耦合器，听起来是不是很酷炫？其实呀，它的原理并没有那么难以理解，就像我们生活中的一些小物件一样，有着自己独特的工作方式呢。

首先呢，咱们来想象一下射频信号就像一群小蚂蚁在电线这个“小路”上快速奔跑。

射频定向耦合器的作用呢，就是能够巧妙地从这群忙碌奔跑的“小蚂蚁”（射频信号）里分出一部分来，而且还能知道这部分信号的一些信息。

从原理上来说，它主要是基于电磁耦合的。

简单来讲，就像是两个互相靠近但又不直接接触的小世界（传输线），一个世界里的动静（射频信号在传输线中的变化）能够通过一种神奇的“感应”影响到另一个世界。

这就是电磁耦合啦。

射频定向耦合器有主传输线和副传输线，当射频信号在主传输线跑的时候，副传输线就能通过这种电磁耦合的魔法，接收到一部分信号呢。

那这个耦合是怎么个定方向的呢？这就很有趣啦。

我们可以把主传输线想象成一条大河，射频信号就是河水里的鱼群。

耦合器就像是在河边巧妙设置的一些小沟渠。

鱼群（射频信号）大部分是沿着大河（主传输线）流动的，但是有一小部分会被小沟渠（副传输线）巧妙地分流出来。

而且这个小沟渠的设计很巧妙，它只能从特定的方向把鱼群分出来，这就体现了“定向”的特点。

再来说说它的一些参数吧。

比如说耦合度，这个就像是小沟渠（副传输线）从大河（主传输线）里分出来的鱼群（射频信号）的比例。

如果耦合度是20dB，那就意味着分出来的信号功率是主信号功率的1/100。

还有隔离度呢，这就好比是小沟渠和大河其他方向之间有一道看不见的墙，隔离度越高，这道墙就越结实，其他方向的信号就越难影响到小沟渠里的信号。

在使用射频定向耦合器的时候，就像是在做一个很有趣的小实验。

你要先确定好它的输入端口，这个输入端口就是那群“小蚂蚁”（射频信号）进来的地方。

然后把主传输线正确地连接好，就像给小蚂蚁们铺好正确的道路一样。

接着，再连接副传输线，这就像是在小蚂蚁的大路上旁边设置好我们的“小观察站”（副传输线），用来观察被分出来的小蚂蚁（射频信号）。

《波导定向耦合器》课件

应用场景二：卫星通信
在卫星通信中，波导定向耦合器主要用于信号的传输、分路和合成，实现卫星信号的定向耦
合和功率分配。
波导定向耦合器在卫星通信中还可以用于天线阵列的信号处理，实现天线的相位和幅度控制。
卫星通信是波导定向耦合器的另一个重要应用领域。
它能够提高卫星通信系统的信号传输效率和稳定性，增强卫星通信系统的抗干扰能力。
结构分析
波导定向耦合器的结构通常由输入波导、主波导、副波导和输出波导组成。输入信号通过输入波导进入主波导，并在主波导上产生多个谐振模。通过适当的结构设计，使得其中一个谐振模被强烈激励，而其他谐振模被抑制，从而实现信号的定向传输。副波导的作用是提取被强烈激励的谐振模信号，并将其传输到输出波导中。
在选择使用哪种类型的波导定向耦合器时，需要根据实际需求进行综合考虑。例如，对于需要高集成度、小体积的应用场景，E面波导定向耦合器是较好的选择；对于需要简单结构、高可靠性的应用场景，H面波导定向耦合器是较好的选择；对于需要便携式、低成本的应用场景，微型波导定向耦合器是
较好的选择。
波导定向耦合器的
波导定向耦合器的
04
制造工艺
制造材料
金属材料
常用的金属材料包括铜、铝、不锈钢等，它们具有良好的导电性和机械强度，适合用于制造波导定向耦合器。
绝缘材料
绝缘材料用于制造波导定向耦合器的介质层，常用的有聚乙烯、聚四氟乙烯等，它们具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
制造流程
设计和绘图
01
根据设计要求，绘制波导定向耦合器的图纸，确定各部分的尺
制作样品并测试
根据优化后的设计参数，制作波导定向耦合器样品，并进行性能测试，验证设计效果。
设计参数

微波滤波器和无源电路讲座(06)

兰格定向耦合器
宽带对称定向耦合器
对称带状线定向耦合器的补偿
过渡段寄生电感补偿电容C1和C2
补偿前后的仿真结果比较

补偿前

补偿后
补偿后的电路版图和测试结果
宽带非对称定向耦合器
非对称带状线定向耦合器的补偿
不连续段补偿电容
补偿前后的仿真结果比较

补偿前

补偿后
补偿后的电路版图和测试结果
定向耦合器的基本类型
④
①
③ ④ ②
反向耦合
③ ②
①
前向耦合

假如①口是入射端口。后向耦合④口是耦合端口。③口是隔离端口。②口是直通端口。前向耦合③口是耦合端口。④口是隔离端口。②口是直通端口。
定向耦合器的主要技术指标
耦合端口
④ P4 ① P1
P 3 ③
② P2
隔离端口
输入端口
直通端口

定向耦合器的主要技术指标：

利用电路软件中的传输线计算工具计算。
耦合线参数的计算方法(2)

利用三维仿真软件对结构上具有对称性的传输线建模计算传输线参数，可以从对称面剖开，分别建立模型。并把对称面分别设置为电壁和磁壁。
磁壁
电壁
耦合线参数的计算方法(3)

利用三维仿真软件对结构上不具有对称性的传输线建模计算传输线参数，可以直接计算。但需要注意的是端口模式数应设置2个
注意:利用三维软件计算端口的特性阻抗分别是差分阻抗（ Z1）和共模阻抗（ Z2）。并不是C模和π模阻抗！！偶模的阻抗为：Ze=2XZ2 奇模的阻抗为： Zo=Z1/2
现代微波滤波器和无源器件设计（六）

射频电路理论与技术-Lectrue 6(定向耦合器等)

Z0
Z1
ZL
图2.50 单节四分之一匹配变换器。
4
南京理工大学通信工程系
向匹配端看去的输入阻抗是
Z in Z1 Z L jZ1t Z1 jZ L t
l
（2.76）
Z0
Z1
ZL
式中，t tan l tan 在设计频率f0处， l 2 于是反射系数为
Z in Z 0 Z1 Z L Z 0 jt Z12 Z 0 Z L Z in Z 0 Z1 Z L Z 0 jt Z12 Z 0 Z L
所以，在 =m 处，带宽低端的频率是
fm
由式（2.82）可得到相对带宽为
2 m f 0

2f 4 f 2 f 0 f m 2 m 2 m f0 f0 f0 2 Z0ZL m 2 arccos 2 Z Z 1 L 0 m 4
（2.83）
8
南京理工大学通信工程系
相对带宽通常表示为百分数 100f /f0 %。注意，当ZL接近Z0时（小失配负载），变换器的带宽增加了。上面的结果只对TEM传输线严格有效。当用非TEM传输线（诸如波导）时，传播常数不再是频率的线性函数，而且波阻抗也与频率有关。这些因素使得非TEM传输线的一般特性复杂了。在上面的分析中，忽略的另一因素是，当传输线的尺寸有阶跃变化时，与该不连续性相联系的电抗的影响。这通常可对匹配长度做小的调整来补偿该电抗的影响。
13
南京理工大学通信工程系
The theory of small reflections
I. Single-Section Transformer
The partial reflection and transmission coefficients are

微波技术_第6章

－30.00
－35.00
－40.00 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 FREQ[GHz]
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,如图6-9 所示。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。
步骤一: 确定耦合器指标,包括耦合系数C(dB)、各端
口的特性阻抗Z0（Ω）、中心频率fc、基板参数（εr,h）。
•
步骤二: 利用下列公式计算出支线和主线的归一化导
纳a和b:
•
•
⎧ ⎪C = 20 lg
b2 −1
⎨
b
⎪⎩1+ a2 = b2
• 步骤三: 计算特性阻抗Za和Zb, 以及相应的波导波长。
4
1
θ
41
θθθ
4
2
3
2
3
K
K
θ
θ
(a)
图 6-9耦合线的变形
输入端口 1
3 耦合端口
隔离端口 2
(a) 输入端口
1
4 直接端口 C
3 耦合端口 (b)
图 6-9耦合线的变形
直接端口 2
4 隔离端口
W′
上置导体
l
h W W εr
基片 W
微带
h
S
εr
耦合微带
接地板 (c)
覆盖介质
上置导体
图 6-9耦合线的变形
的功能与分支线耦合器相似,不同的是两个输出端口的相位差为180°。当信号从端口1输入时,端口4是隔离端,端口2和端口3功率按一定比例反相输出,也就是相位差为 180°。当信号从端口4输入时,端口1是隔离端,端口3和端口2功率按一定比例反相输出。同样地,端口2和端口3也是隔离的,无论从哪个口输入信号,仅在端口1和端口4比例反相输出。

微波定向耦合器,混合电桥,功率分配器

微波定向耦合器、混合电桥、功率分配器1.微波定向耦合器基本概念：定向耦合器的技术指标(以同向为例)• 定向耦合器的技术指标：• 1.耦合：• 2.定向性：续上：• 5.插损：主线输入口到主线输出口的功率关系：• ６．各端口之间的功率关系：•2.耦合线定向耦合器基本原理• 如图：方向性的物理解释：奇、偶模分析和计算公式• 如图：续上•如下： •ｂ１ｓ１１ｓ２１ｓ３１ｓ４１ａ１ •ｂ２ｓ２１ｓ１１ｓ４１ｓ３１ａ２ •ｂ３＝ｓ３１ｓ４１ｓ１１ｓ２１ａ３ •ｂ４ｓ４１ｓ３１ｓ２１ｓ１１ａ４•偶模激励：ａ１＝ａ４＝１／２，ａ２＝ａ３＝０求出： •ＧＡＭＡｅ＝ｂ１／ａ１＝ｂ４／ａ４＝ｓ１１＋ｓ４１ • Ｔｅ＝ｂ２／ａ１＝ｂ３／ａ４＝ｓ２１＋ｓ３１•奇模激励：ａ１＝１／２，ａ４＝－１／２，ａ２＝ａ３＝０求出：•ＧＡＭＡｏ＝ｂ１／ａ１＝ｂ４／ａ４＝ｓ１１－ｓ４１•Ｔｏ＝ｂ２／ａ１＝ｂ３／ａ４＝ｓ２１－ｓ３１•Ｓ１１＝（ＧＡＭＡｅ＋ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ２１＝（Ｔｅ＋Ｔｏ）／２，ｓ４１＝（ＧＡＭＡｅ－ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ３１＝（Ｔｅ－Ｔｏ）／２续上:混合电桥也是四端口网路，其特点是其中两个端口相互隔离，另两个端口等功率输出。

两输出信号的相位差，可以是•幺正性(无耗网路)：3.制造公差对隔离度(方向性+耦合度)的影响•设：续上：•相速影响• 4.功率分配器：续上：续上：•-------续上：•-----续上：•------5. 测试：•这些器件的端口数目N>2,属多端口测试，使用两端口网络分析仪测量这些器件时，多余的端口必须接上匹配负载。

例如写出测量耦合器方向性的连接关系，如图。

复习题•一、说明耦合线定向耦合器工作原理（物理解释）。

•二、一个10 dB定向耦合器，不考虑线路导体本身的损耗且认为理想匹配，当输入功率Pin,dBm=10 dBm时，求出：（2-1）Pc,dBm，Pout, dBm等于多少dBm? （2-2）Pc，Pout等于多少mW?•三、用两端口网路分析仪测量10dB定向耦合器，•（3-1）写出测量各端口VSWR、耦合度CdB、隔离度LdB的连接关系;简述测量方法。

微波电路西电雷振亚老师的课件第6章定向耦合器

根据仿真结果进行优化设计，调整结构参数。
03
定向耦合器的应用
通信系统中的应用
信号传输
定向耦合器在通信系统中用于传输信号，能够实现信号的定向传输和监测，提高信号传输的稳定性和可靠性。
功率分配
定向耦合器可以将输入信号按照一定的比例分配到多个输出端口，实现功率的合理分配，满足不同设备的需求。
信号分离
广播电视系统
定向耦合器可用于广播电视系统中，实现对信号的定向传输和分配，提高信号覆盖范围和传输质量。
04
定向耦合器的性能指标
耦合度
总结词
耦合度是定向耦合器最重要的性能指标之一，表示耦合器输出端口功率与输入端口功率的比值。
详细描述
耦合度的大小决定了定向耦合器对信号的提取程度。一般来说，耦合度越高，信号提取能力越强，但同时也可能带来更大的噪声和失真。因此，在选择定向耦合器时，需要根据实际需求和系统指标来选择合适的耦合度。
LTCC工艺
LTCC工艺是一种低温共烧陶瓷技术，它将多层陶瓷材料叠层烧结而成。在定向耦合器的制作中，LTCC工艺可用于制作高精度、高稳定性的微型结构。这种工艺具有高可靠性、高稳定性等优点。
具体而言，LTCC工艺可以通过流延、叠层、烧结等方法实现。在定向耦合器的制作中，LTCC工艺能够实现高精度、高稳定性的结构设计和控制，从而提高定向耦合器的性能和可靠性。同时，LTCC工艺还具有较好的耐高温性能和化学稳定性，能够满足高温、恶劣环境下的应用需求。
厚膜工艺
厚膜工艺是一种将材料以较厚的膜层形式沉积在衬底上的技术。在定向耦合器的制作中，厚膜工艺可用于制作较厚的结构层，如波导壁、腔体等。这种工艺具有工艺简单、成本低等优点。
具体而言，厚膜工艺可以通过丝网印刷、喷雾镀膜等方法实现。在定向耦合器的制作中，厚膜工艺能够实现快速、大批量生产，同时保持一定的性能和稳定性。

射频实施技术-功率分配器和定向耦合器

微波炉工作原理（磁控管）
磁控管是在同轴放射状的电场加上与其成直角的磁场，并由它来控制电子发射的电子管。我公司管系连续波磁控管（固定频率、包装式磁钢、探头输出）。
我司磁控管的铭牌如下图：
图中以流水号最后六位数来分辨磁控管的性质：如果在“—”前的三位数与后面三位数相等的话为普通高功率磁控管，如果两三位数数值相差2，侧为EMC 磁控管。
微波炉工作原理（微波发生系统）
微波炉的微波发生部分如下图所示
高压整流电路电路工作原理为，220伏电网电源经过变压器升压，输出约2000伏左右的交流高压。高压绕组在正半周时，二极管D导通对电容器C充电，电容器被充到电压的峰值。当高压绕组电压为负半周时，二极管D截止，磁控管导通。电容器C上正半周所充的电与绕组电压正相串联，获得2倍高压，即4000伏左右的直流高压，加在磁控管的阳极与阴极之间射。频实施技术-功率分配器和定向耦合器
射频实施技术-功率分配器和定向耦合器
微波炉工作原理（磁控管）
工作原理：
在磁控管外侧阳极内壁上，沿着圆周有偶数谐振腔。在这谐振腔内产生的微波电场，与从位于中央部位的阴极发射出来的电子进行能量交换，并由此产生微波。
射频实施技术-功率分配器和定向耦合器
相关标准培训
引用标准：
IEC60335-1：2001 （家用电器通用标准） IEC60335-2-25：1996 （微波炉特殊要求） IEC60335-2-25：2002 （微波炉特殊要求） IEC60335-2-6：2002 （电热器具特殊要求） IEC60335-2-9：2002 （电热器具特殊要求） UL 923 （美国UL微波炉标准） CAN/CSA C22.2-No. 150-M89 （加拿大微波炉标准）

射频微波电路研究第六章定向耦合器

2 插入损耗
主路输出端和主路输入端的功率比值，包括耦合损耗以及导体介质的热损耗
3 耦合度
描述耦合输出端口与主路输入端的比例关系
4 方向性
描述耦合输出端与耦合支路隔离端的比例关系。理想情况下为无穷大
5 隔离度
描述主路输入端口和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
T(dB )10lgP2 P1
奇偶模分析
对线上所有阻抗用Z0归一化，在端口1输入单位幅值 1的波，采用偶模激励和奇模激励相叠加的方式来分析分支线耦合器，奇模激励为±1/2,偶模激励为1/2
偶模激励在两个端口的输入波振幅是1/2
由对称性可知，在中心线处无电流通过，相当于开路
奇模激励在两个端口的输入波振幅是±1/2
由对称性可知，在中心线处电压为零，相当于短路
m3
0
m3
freq=7.510GHz dB(S(4,1))=-0.224
-5
dB(S(4,1)) dB(S(3,1)) dB(S(2,1))
-10
m1
-15
m2
-20
-25 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
freq, GHz
微带定向耦合器ADS仿真结果，可以在ADS中对定向耦合器优化得到更好的结果
平行耦合线耦合器设计方法
1 确定耦合器指标：耦合系数C（dB），各端口的特征阻抗Z0(Ω)，中心频率ƒc，基片参数(εr，h)
2 利用奇偶模阻抗计算式计算奇偶模特征阻抗
Z0e Z0
110C 20 110C 20
110C 20 Z0o Z0 110C 20
3 利用所得奇偶模特征阻抗在奇偶模特征阻抗设计数据中查得S/b,W/b(其中S为耦合线间距，W耦合线宽度，b为基片厚度)

射频工程师入门必学：如何设计定向耦合器电路？

射频工程师入门必学：如何设计定向耦合器电路？汽车雷达、5G 蜂窝、物联网等射频(RF) 应用中，电子系统对射频源的使用量与日俱增。

所有这些射频源都需要设法监测和控制射频功率水平，同时又不能造成传输线和负载的损耗。

此外，某些应用需要大功率发射器输出，因此设计人员需要设法监测输出信号，而非直接连接敏感仪器，以免受高信号电平影响导致损坏。

另外还有诸多其他挑战：在较宽的频率范围内如何确定射频负载（如天线）的特性；在发射器处于广播状态时如何监测负载变化和驻波比，以防止大反射功率和放大器损坏等。

只需将定向耦合器接入传输线，这些要求和挑战便可迎刃而解。

此方法可精确监测线路中的射频能量流，同时将功率水平降低已知的固定量。

在采样过程中，定向耦合器对主线信号的干扰极小。

此外，还能分离正向和反射功率，允许监测回波损耗或驻波比，从而在广播时提供负载变化反馈。

本文讨论了定向耦合器的操作，介绍了三种拓扑及Anaren、M/A-Com 和Analog Devices 推出的相关产品。

然后，本文详细介绍了典型的产品特征，并展示了有效的使用方法。

什么是定向耦合器？定向耦合器是一种测量设备，可接入信号发生器、矢量网络分析仪和发射器等射频源与负载之间的传输线，用于测量从射频源到负载的射频功率（正向分量），以及从负载反射回射频源的功率（反射分量）。

若测得正向和反射分量，即可计算总功率、负载的回波损耗和驻波比。

定向耦合器的四端口电路可配置为三端子或四端子设备（图1）。

图1：三端口（左）和四端口定向耦合器（右）的原理图符号。

（图片来源：Digi-Key Electronics）通常情况下，电源连接耦合器的输入端口，负载则连接输出或传输端口。

耦合端口输出是衰减后的正向信号。

衰减值如三端口设备原理图中所示。

在三端口设备中，隔离端口已在内部端接；而在四端口设备中，该端口输出与反射信号成正比。

原理图符号内的箭头表示分量路径。

例如，在四端口配置中，输入端口指向耦合端口，表明它接收了正向分量，而输出端口连接隔离端口，后者用于读取反射信号。

微波射频学习笔记12.定向耦合器

平行线耦合器一、基本原理两根紧挨着的微带线，一根通信号，因为电磁场的相互作用，另一根会有功率耦合。

当电磁波通过主线时，本身是携带电场和磁场的，由于两根传输线距离很近，类似电容，所以主线上的交变电流通过电容，将两股方向相反的电流耦合到耦合线上；同时根据电磁感应定律，磁场中的导线会产生方向相反的感应电流，故上图②端口和下图4端口会产生叠加的功率，而③口，因为电场和磁场产生电流的方向相反而抵消。

正因此，③口称为隔离端，另一个口称为耦合端。

二、单节平行线耦合器结构1.①为信号输入；②为耦合端口；③为隔离端口；④输出端口；2.两线耦合段线长1/4波长，线宽为50Ω匹配（耦合部分，可稍细）；3.因为是对称设计，输入输出端口可反，同时耦合隔离也会反过来。

三、设计指标1.插入损耗：输入输出直通的S21/S12；2.电压驻波比：主要看S11和S22，S33和S44一般较好；3.耦合度：耦合能量的大小，和线距离远近有很大关系（能有多近，看加工精度）；4.隔离度：隔离端口的损耗值，耦合的能量越小越好；5.方向性= |隔离度| - |耦合度|，①耦合段改成锯齿状②带状线耦合可提高方向性（因为微带线奇偶模两种模式相速不同，在空气-介质界面有不同的场结构，所以降低了方向性）。

6.承受功率：线越宽，承受功率自然就越高。

四、HFSS仿真验证仿真模型如下：仿真结果如下：从仿真图上可以看到，损耗极小，耦合度在26dB左右；隔离度在37dB左右，所以方向性为11dB，符合理论，有实际效果，但方向性太差。

下图的模型可以稍稍提高一点方向性。

五、耦合器设计过程和Wilkinson功分器一样，单节1/4波长传输线带宽太窄，宽带需要多节设计。

1.单节耦合器（带宽窄）（1）已知耦合度和特征阻抗Z0第一步：算出耦合系数CC= 10-M/20（M为耦合度）第二步：算出偶模和奇模的特征阻抗Z0e和Z0oZ0e= Z0√（（1+C）/（1-C））Z0o= Z0√（（1-C）/（1+C））第三步：算出线长、线宽和耦合度软件Genesys中的小工具Tline计算得出（公式计算，过于复杂）（2）已知耦合度和特征阻抗Z0可以直接用小工具：哈哈哈哈哈哈哈，那我为啥还要写（1），哈哈哈哈，太蠢了。

射频ADS微波HFSS相关微波实验五微波定向耦合器

实验五定向耦合器实验一实验目的1. 掌握微波定向耦合器的原理及特性2. 学会使用A V3620矢量网络分析仪测量微波定向耦合器的耦合度及插入损耗二实验原理2.1 定向耦合器概述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、带状线及微带线等几种类型。

理想的定向耦合器一般为互易无损四口网络，如图5-1所示。

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机构，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），而在另一个方向几乎没有或极少功率传输（称反方向）。

图5-1 定向耦合器方框图定向耦合器有四个端口，其作用可由图5-1所示的四端口网络说明。

设图中1、3为主线，2、4为副线。

若波由端口1输入，则一部分直通端口3输出，另一部分经耦合到端口2输出，端口4无输出；或端口4输出，端口2无输出。

端口3称为输出端口，端口2称为耦合端口，端口4称为隔离端口。

在一定条件下，1、2两端口彼此隔离，3、4两端口也彼此隔离。

在各端口均接匹配负载的条件下，可以定义描述定向耦合器的特性参量，主要包括耦合度、方向性、输入驻波比和工作频带等。

1. 耦合度输入至主线的功率（端口1输入功率1P ）与副线中正方向传输的功率（端口2输出功率2P ）之比的对数称为定向耦合器的耦合度C ，即()2110lg dB P C P = 显然，由于输入功率总是大于输出功率，故此分贝数必为负值，但习惯上只说它的绝对值（正值）而不提及符号。

耦合度C 越大，表明耦合到副线的能量越少，耦合越弱。

当然也可以用正分贝数来表示定向耦合器的耦合特性，这时不用21P P ，而用其倒数12P P ，称为过渡衰减，用分贝表示为 ()1210lg dB P L P = 显然，L 必为正值，它与耦合度等值反号。

L 越大，说明衰减越大，耦合越弱。

2. 方向性在理想情况下，副线中一个端口有输出时，另一个相反端口应没有输出。

微波定向耦合器的原理与设计

微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计一、实验目的1．了解定向耦合器的原理；2．利用实验模组实际测量以了解定向耦合器的特性；3．掌握耦合器的设计方法。

二、实验原理定向耦合器是一种有方向性的功率耦合元件，可用来监视功率、频率和频谱；把功率进行分配和合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；还可用来测量反射系数和功率等。

定向耦合器是四端口网络结构，如图9-1所示。

图9-1 定向耦合框图它的信号输入端（port_1）的功率为，信号直通端（port_2）的功率为，信号耦合端（port_3）的功率为，而信号隔离端（port_4）的功率为。

在各端口均接匹配负载的情况下，定义下述各项技术指标：传输系数：式（9-1）耦合系数：式（9-2）隔离系数：式（9-3）方向系数：式（9-4）它们之间的关系为：式（9-5）定向耦合器常用于对指定流向微波信号的提取，或是相反地混合不同的信号。

在无内负载时定向耦合器往往是一四端口网络。

定向耦合器常有两种方法实现，一种是耦合线定向耦合器，其耦合区长度为四分之一波长，一个输入端口，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，剩余的一个端口称为隔离端，理论上隔离端不输出任何能量。

另一种为分支线定向耦合器，两输出端口结构上相邻，常用于强耦合场合。

关键参数指标及其含义耦合度：当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比的分贝值。

耦合分配损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主线插入损耗的理论值。

耦合分配损耗与耦合度的关系如下：耦合度耦合分配损耗3dB 3.00dB 6dB 1.20dB 10dB 0.46dB 15dB 0.14dB 20dB 0.04dB 30dB 0.004dB 主线插入损耗：当匹配负载接主线外各端口时，主线输出功率与输入功率之比的分贝值。

主线插入损耗包括能量耦合损耗和能量耗散损耗两方面。

射频电路与天线11_定向耦合器

C /20
1/ 10 0.3162
10/20
则耦合线的奇、偶模特性阻抗为：
射频电路与天线 11_定向耦合器
Z Ce Z C Z Co Z C
1 k 69.3713 1 k 1 k 36.0380 1 k
射频电路与天线 11_定向耦合器
1(6-6) 有三只定向耦合器，其耦合度和隔离度如下表所示，求其定向性各为多少分贝？当输入功率为 100mW 时，求定向耦合器耦合端的输出功率及隔离端的输出功率。 C/dB 耦合度 3 6 10 I/dB 隔离度 25 30 30 D/dB 定向性 22 24 20 P3/dB 50.1187 25.1189 10.0000 P4/dB 0.3162 0.1000 0.1000
解：由 I = D+C，可得 D=I-C 由 C 10 log
P 1 P3 P 1 P4
P3
P 1
100.1C
由 I 10 log
P4
P 1
1I
2(6-7) 识别定向耦合器的耦合端和隔离端。
解：对于图(a)平行耦合线定向耦合器：令 1 输入端，则 2 为隔离端，3 为直通端，4 为耦合端。对于图(b)分支线定向耦合器：令 1 输入端，则 2 为直通端，3 为耦合端，4 为隔离端。对于图(c)混合环：令 2 输入端，则 1、3 等幅同相输出，为耦合端，4 为隔离端；令 4 输入端，则 1、3 等幅反相输出，为耦合端，2 为隔离端；令 1、3 等幅同相输入，则 2 为和端口，即耦合端，4 为差端口，即隔离端；令 1、3 等幅反相输入，则 2 为差端口，即隔离端，4 为和端口，即耦合端。对于图(d)波导小孔定向耦合器：令 1 输入端，则 2 为直通端，3 为隔离端，4 为耦合端。 3(6-10) 平行耦合定向器耦合器的耦合度为 10dB，特性阻抗 Z C 50 ，求其耦合线的奇、偶模特性阻抗值。解：由条件有：耦合度 C=10dB，特性阻抗 Z C 50 耦合系数 k 1/ 10