波导十字耦合器
《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
波导耦合器工作原理
波导耦合器工作原理1.直接耦合：直接耦合是通过将两个波导的耦合区域放置在彼此附近，使光信号可以直接从一个波导传递到另一个波导。
直接耦合技术主要包括切割耦合和引导耦合两种方法。
-切割耦合：切割耦合是在输入波导和输出波导之间切割一个减小的波导宽度，以使光信号在耦合区域发生耦合。
这种方法可以有效地将光传递到输出波导，但是由于光源的相干长度有限，只有在特定的波长范围内才能实现高效的耦合。
-引导耦合：引导耦合是通过两个波导之间的引导结构实现光信号的耦合。
常用的引导耦合技术有光波导耦合和光束波导耦合。
在光波导耦合中，一种波导的前端会弯曲成一定角度，使光信号可以从该波导引导到另一个波导。
而光束波导耦合是通过采用透镜等光学元器件将光束从一个波导导到另一个波导。
2.间接耦合：间接耦合是通过介质材料实现光信号的耦合。
间接耦合技术包括折射耦合和布拉格耦合两种方法。
-折射耦合：折射耦合是利用两个波导之间的介质材料的折射率差实现光信号的耦合。
介质层的折射率差会导致光信号发生折射，并跨越两个波导之间的界面。
-布拉格耦合：布拉格耦合是通过布拉格光栅实现光信号的耦合。
布拉格光栅是一种周期性变化的光学结构，能够有效地选择性反射特定波长的光信号。
通过调整布拉格光栅的周期和干涉介质的折射率，可以实现对特定波长光信号的高效耦合。
总之，波导耦合器作为一种重要的光学器件，实现了光纤之间的光信号传输和分配。
它可以通过直接耦合和间接耦合等方法将光信号从输入波导传递到输出波导。
通过选择合适的耦合方式和优化波导结构，可以实现高效的光信号耦合和传输。
波导耦合器工作原理
波导耦合器工作原理
波导耦合器是一种微波器件，常用于微波通信、雷达和天线系统中。
它的主要作用是将微波信号从一个波导传输到另一个波导中，同时保持信号的相位和振幅不变。
下面将详细介绍波导耦合器的工作原理。
一、基本结构
波导耦合器由两个相互垂直的矩形截面金属管道组成，分别称为主管道和副管道。
主管道内部有一个窄缝，称为耦合槽，用于将微波信号从主管道传输到副管道中。
二、工作原理
当微波信号从主管道进入耦合槽时，它会被分成两部分。
一部分沿着主管道继续传输，另一部分则通过耦合槽进入副管道。
这两部分信号之间存在相位差，取决于耦合槽的长度和宽度。
为了保持信号的相位和振幅不变，需要调整耦合槽的长度和宽度。
通常采用调整螺钉来实现这个目标。
调整螺钉可以改变耦合槽的长度和宽度，从而调整传输的微波信号。
三、特点和应用
波导耦合器具有以下特点：
1. 高功率承受能力，可承受高达数千瓦的微波功率。
2. 低插入损耗和反射损耗，可保持微波信号的相位和振幅不变。
3. 可调节性强，可以通过调整螺钉来实现微波信号的传输和调整。
4. 应用广泛，常用于微波通信、雷达和天线系统中。
总之，波导耦合器是一种重要的微波器件，具有高功率承受能力、低损耗和可调节性强等优点。
它在微波通信、雷达和天线系统中有着广泛的应用。
光波导耦合器的器件结构和工作原理
光波导耦合器的器件结构和工作原理
一、引言
光波导耦合器是一种用于将光信号从一个波导传输到另一个波导的器件。
它在光通信、光传感等领域有着广泛的应用。
本文将介绍光波导耦合器的器件结构和工作原理。
二、器件结构
光波导耦合器通常由两个波导组成，分别为输入波导和输出波导。
输入波导和输出波导之间通过一个耦合区相连，其中耦合区是由两个平行且距离很近的波导组成，它们之间存在一定的交叉。
在这个耦合区中，输入波导和输出波导的电磁场会发生相互作用，从而使得部分能量从输入波导转移到输出波导。
这样就实现了将光信号从一个波导传输到另一个波导。
三、工作原理
当入射光进入输入端口时，它会被输送到输入端口下方的耦合区域。
在这里，入射的电场会与耦合区内部的模式相互作用。
由于存在一定
程度的交叠，在这个过程中，部分能量会被传递到输出端口下方的输
出端口中。
具体来说，当入射光进入耦合区时，它会被分成两个模式：一个是传
输模式，另一个是耦合模式。
传输模式将沿着输入波导传输，而耦合
模式将沿着耦合区域传输，并且一部分能量将被转移到输出波导中。
为了实现高效的耦合，需要使得两个波导之间的距离非常接近。
此外，还需要进行一定的优化设计，例如通过调整波导的形状和尺寸等来优
化光场分布。
四、总结
光波导耦合器是一种重要的光学器件，在光通信、光传感等领域有着
广泛的应用。
它通过在两个波导之间设置耦合区来实现将光信号从一
个波导传输到另一个波导。
在实际应用中，需要对器件进行优化设计
以获得更好的性能。
波导光学第二章 光波导耦合理论与耦合器
1
光耦合的介绍:
➢光耦合：使光信号从一个光学元 件进入到另一个光学元件
➢耦合器：实现光耦合的元器件统 称为耦合器，集成光学中常用的 耦合器有棱镜，光栅，楔面等。
平板波导模式分布-导模
Cladding
Core
qi
Substrate
导模的特点： • 包层的场成指数衰减。 • 传播常数取分立的值。 • 理论上没有损耗。 • 各个导模正交。
光波导的纵向非均匀性
光波导的纵向不均匀起因：制作不完善；使用时引入；人为引入
芯包分界面不均匀
芯子直径纵向变化 重力影响导致的光纤纵向受力不均，引 起几何尺寸和折射率分布不均匀
制作不完善 ∆纵向不均匀
使用时引入
人为引入：光纤光栅， 重要的光纤器件！
定向耦合器（Directional Coupler）
Input waveguideRin A
B Rout Output waveguide
Coupling region
1
3
D
s
2
4
A0
ZL
x axis
B0
y axis
z axis
波导中传输的导模在芯层外的倏逝场由于相互作用产生耦合，引起波导间模式功 率的相互转移。
8
模式耦合
同向耦合
模式耦合
导波模
应用实例：方向耦合器、Y分支、MZ
E(x, y) Em* (x, y)dxdy
2
功率耦合效率 m
Am 2
E(x, y) E*(x, y)dxdy
E(x, y) Em* (x, y)dxdy E(x, y) E*(x, y)dxdy
13
光波导边缘耦合器种类及特点
光波导边缘耦合器种类及特点光波导边缘耦合器是一种用于耦合光信号的器件，常用于光通信系统和光传感器中。
它可以将光信号从一个波导传输到另一个波导，实现波导之间的耦合。
光波导边缘耦合器种类较多，下面将介绍几种常见的光波导边缘耦合器及其特点。
1. 光纤光波导边缘耦合器：光纤光波导边缘耦合器是一种常见的光波导边缘耦合器。
它通过将光纤与波导接触，使光信号从光纤耦合到波导中。
光纤光波导边缘耦合器具有结构简单、易于制作和使用的特点。
它适用于单模和多模光纤的耦合，可以实现高效的光信号传输。
2. T型光波导边缘耦合器：T型光波导边缘耦合器是一种将两个波导结构通过T型接口连接的器件。
它的特点是耦合效率高，能够实现低损耗的光信号传输。
T型光波导边缘耦合器适用于中等功率的光信号耦合，可以满足光通信系统和光传感器等领域的需求。
3. Y型光波导边缘耦合器：Y型光波导边缘耦合器是一种将两个波导结构通过Y型接口连接的器件。
它的特点是耦合效率高，能够实现低损耗的光信号传输。
Y型光波导边缘耦合器适用于高功率的光信号耦合，可以实现大功率的光信号传输。
4. 纳米光波导边缘耦合器：纳米光波导边缘耦合器是一种利用纳米结构实现光信号耦合的器件。
它的特点是尺寸小、响应速度快、损耗低。
纳米光波导边缘耦合器适用于微型化的光学器件和集成光学芯片等应用，可以实现高密度的光信号传输。
5. 光栅光波导边缘耦合器：光栅光波导边缘耦合器是一种利用光栅结构实现光信号耦合的器件。
它的特点是具有宽带特性和可调谐性。
光栅光波导边缘耦合器适用于光谱分析和光学传感等领域的需求，可以实现高精度的光信号传输和控制。
总的来说，光波导边缘耦合器具有结构简单、精度高、损耗低等特点，可以实现高效的光信号耦合和传输。
不同类型的光波导边缘耦合器适用于不同的应用场景，可以满足不同的需求。
随着光通信和光传感技术的发展，光波导边缘耦合器将在更多的领域得到应用，并发挥重要的作用。
波导定向耦合器ppt课件
（3）输入驻波比p 它定义在各端口匹配条件下，输入端口1的驻波比p为输入驻波比，见图22-3所 示。显然有
实际上，由于 0 ，所以严格说来（ 22一9）式中的是端口4接了 L 4 网络的 ，它与原四端口网络 S 参数的关系已由附录4-1给出 S 11
'2 '2 C D L 4 s 11 1 L 4
波导定向耦合器
定向耦合器的基本参数有三个：分贝耦合度C,定向性D和输入驻波比p。这三个参 数都有一定的频带指标。 （1）分贝耦合度C 定义在各端口匹配情况下，端口1的输入功率P1和端口3的耦合功率P3之比再取 101og 即 P a 1
1 1 C 10 log 20 log 20 log dB P a s 3 2 31
（
1 max
2 min
显然这时所测的，定向性Dp也有一个范围，即
(
3) 输入驻波比的测量 输入驻波比 ，采用下图测试系统。当
很小时，也可采用滑动负载法
三， 实验线路和仪器
四、实验步骤 本实验主要测定定向耦合器三个参数：分贝耦合度 C，实际器件定向性Dp和 输入驻波比。 1. 连接好微波系统，调谐探针，调配信号源 g ，测定电源工作频率f。 2．调配功率计，使等效 L 尽量小。 3，按图22一4系统测定分贝耦合度C。 C＝ A 1 A 2 4．按图22一5的系统测定实际器件的定向性Dp。根据|Dp|和| kL | 大小判别进 ' 行计算。在我们的情况下按
第三种，称为实际器件的定向性.D P 它定义为在定向耦合器端口4接有 L 4 情况下，器件对外显示为三端口网络。这 与 S32模之比，再取201og，即 个三端口网络的S31
s31 D log ( dB ) P 20 s32
基于180°混合网络及十字耦合器的平衡混频器设计
基于180°混合网络及十字耦合器的平衡混频器设计作者：施鳕凇朱晓维来源：《移动通信》2019年第02期【摘; 要】设计了一种基于180°混合网络的Q波段平衡混频器。
该混合网络由90°定向耦合器以及90°延时线构成，其中耦合器采用基片集成波导的十字型结构来减小布板面积，延时线采用微带结构来最大程度简化电路。
实验结果表明，该种混合网络和传统定向耦合器相比，能够大幅度提高中频与射频的隔离度，用以实现单平衡中的较宽带宽。
【关键词】平衡混频器;基片集成波导;定向耦合器;混合网络1; ;引言随着微波毫米波电路技术的逐步发展，多普勒雷达测速、测距技术已越来越广泛地应用于军工及民用场合。
作为其射频收发系统中的核心部件之一，混频器的设计往往决定了整个链路系统的性能指标，尤其当工作频率处于毫米波段。
传统的平衡混频器可以在单层板上由微带线及各种结构的定向耦合器[1-3]组合而成。
本文提出了一种基于十字型SIW（Substrate Integrated Waveguide，基片集成波导）耦合器的单平衡混频器，根据中频电流的叠加原理将传统的耦合器用180°混合网络进行替换，最终达到了理想的仿真与实测结果。
2; ;混频理论分析由传统的90°耦合器构成的单平衡结构，中频输出的等效电流为两管的叠加（如式（1）所示），其中Uscosωst为射频输入信号，ULcosωLt为本振信号，g（ωt）=g0+2gncosnωt为二极管在本振信号激励下的等效导纳，其电流方向及混频器结构如图1所示：从公式（1）可以看出，该结构的中频输出包含有射频和本振的泄漏信号，这意味着射频到中频的隔离度并不理想，这会影响混频器的变频带宽。
为了解决这个问题，可以将耦合器替换为180°混合网络，根据相似的分析方法，可以得到中频电流表达式为：可以看出中频电流中只有混频分量，从而大大提升了端口之间的隔离度。
波导耦合器工作原理
波导耦合器工作原理波导耦合器是一种常用的微波器件，用于在不同波导系统之间传输微波信号。
它的工作原理基于电磁波在波导内的传输特性，通过特定的结构设计，实现不同波导之间的能量耦合和传输。
波导是一种用于传输微波信号的金属管道，通常呈矩形或圆形截面。
波导内的电磁波传输具有低损耗、高功率承载能力和良好的抗干扰性能等优点，因此在微波通信、雷达系统和天线设计等领域得到广泛应用。
波导耦合器的基本结构包括输入波导口、输出波导口和耦合部件。
当微波信号从输入波导口进入耦合部件时，通过特定的设计使得部分信号能够耦合到输出波导口，实现信号的传输和分配。
波导耦合器的工作原理可以通过多种方式实现。
一种常见的方式是通过耦合槽实现能量的传输。
耦合槽是在波导壁上开凿出的一个槽状结构，通过调节槽的尺寸和位置，可以实现不同程度的能量耦合。
当电磁波通过耦合槽时，一部分能量会透射到输出波导口，实现信号的传输。
除了耦合槽，波导耦合器还可以通过耦合孔、耦合窗等结构实现信号的耦合。
这些结构的设计原理类似，通过调节其几何形状和尺寸，控制信号的传输效果。
在实际应用中，工程师会根据系统需求和传输性能的要求，选择合适的耦合器结构和参数进行设计。
波导耦合器在微波通信系统中扮演着重要的角色。
通过合理设计和优化，可以实现不同波导系统之间的高效能量传输和耦合。
在实际应用中，工程师需要充分理解波导耦合器的工作原理，结合具体系统需求进行设计和调试，以确保系统的稳定性和性能。
总的来说，波导耦合器通过特定的结构设计和工作原理，实现不同波导系统之间的微波信号传输和耦合。
在微波通信、雷达系统和天线设计等领域，波导耦合器发挥着重要作用，为系统的稳定运行和性能提升提供了重要支持。
通过不断的研究和创新，波导耦合器的设计和应用将会得到进一步的发展和完善，推动微波技术的进步和应用。
波导耦合器工作原理
波导耦合器工作原理波导耦合器是一种常见的微波器件，它可以将微波信号从一个波导导入到另一个波导中。
在微波通信和雷达系统中，波导耦合器经常被用于实现功率分配、相位控制和波导之间的连接。
本文将详细介绍波导耦合器的工作原理和应用。
一、波导耦合器的工作原理波导耦合器由两个以上的波导组成，其中一个波导被称为主波导，其他波导被称为辅助波导。
在波导耦合器中，主波导和辅助波导之间的耦合通过共振腔实现。
共振腔是一个由两个波导之间的空间构成的空腔，其尺寸和形状会影响波导耦合器的工作频率和耦合效率。
波导耦合器的工作原理可以用简单的模型来解释。
首先，我们假设主波导中有一个电磁波，它在共振腔的边界上反射，并在辅助波导中产生一个电磁波。
这个电磁波将在辅助波导中传播，并在共振腔的边界上反射回来，最终返回主波导。
这个过程会重复多次，导致主波导和辅助波导之间的能量交换。
当主波导和辅助波导之间的距离和空腔的尺寸恰好满足共振条件时，波导耦合器的耦合效率最高。
二、波导耦合器的应用波导耦合器在微波通信和雷达系统中有广泛的应用。
它们经常被用于实现功率分配、相位控制和波导之间的连接。
以下是波导耦合器的几个常见应用。
1.功率分配波导耦合器可以将一个微波信号分配到多个波导中。
例如，在雷达系统中，波导耦合器可以将雷达信号分配到多个天线中，以实现多波束扫描和跟踪。
2.相位控制波导耦合器可以通过调整共振腔的尺寸和形状来控制相位。
例如，在相控阵雷达中，波导耦合器可以用于实现相位移控制，从而实现波束的形成和扫描。
3.波导连接波导耦合器可以将两个或多个波导连接起来。
在微波通信系统中，波导耦合器可以用于将微波信号从一个天线传输到另一个天线。
三、总结波导耦合器是一种重要的微波器件，它可以将微波信号从一个波导导入到另一个波导中。
波导耦合器的工作原理是通过共振腔实现主波导和辅助波导之间的耦合。
波导耦合器在微波通信和雷达系统中有广泛的应用，可以用于功率分配、相位控制和波导之间的连接。
双脊波导定向耦合器耦合器设计412
双脊波导宽带定向耦合器设计摘要定向耦合器是微波系统中广泛使用的微波器件，在功率测量、微波传输系统，反射计及双工器等中有着广泛的应用。
由于定向耦合器应用场合及条件的不同，其种类很多而且差异性极大。
从结构上可分为波导、带状线、微带线、同轴线耦合器；从耦合形式上分为小孔耦合及缝隙耦合定向耦合器。
现代电子系统、测量系统以及一些微波系统要求实现宽带，这种趋势对各种微波器件提出了更高的带宽要求，所以对宽带定向耦合器的研究具有重要的的现实意义。
本文对脊波导、矩形波导、耦合方式进行分析的基础上，设计一款符采用非对称十字孔耦合定向耦合器。
通过分析及仿真知脊波导与矩形波导相比截止频率更低，相同尺寸情况下脊波导具有更宽的频带；非对称十字孔耦合在带宽方面比小孔耦合具有更宽的带宽更高的优势。
本论文对双脊波导定向耦合器及同轴波导转换器进行全面分析研究，主要工作如下：1.介绍了定向耦合器的种类、耦合机理主要性能参数等，在此基础上研究了双脊波导及矩形波导的传输特性，并利用HFSS软件给出了研究仿真实例。
2.设计一款采用非对称十字孔缝耦合定向耦合器，并对小孔孔径、孔间距以及孔边距对耦合器参数的影响进行分析。
3.设计一款双脊波导与同轴之间转换的同轴波导转换器，并对其阻抗匹配、带宽特性进行研究。
4.自己看看有没有要增加的研究内容或创新点。
关键词：定向耦合器双脊波导非对称十字孔宽带AbstractThe directional coupler is applied widely to Microwave Devices in MicrowaveSystem, for example there are all directional couplers in power measurement, microwave transmission system, reflect-meter, double stitch and duplexer. As the directional coupler has a wide use under different conditions. The directional coupler has a great many kinds and the otherness is large. In structure the coupler can be made in wave-guide strip-line microcircuit and coaxial axis. In coupling mode small aperture coupling is used most widely.Home and abroad the research of coupler is ripe, especially the research of wave-guide coupler is Pinakamatagal and the kinds are the most. However, the researches of double-ridge waveguide directional coupler are few. Modern microwave systems have a trend that more and more wide band is needed. Because the request of bandwidth is more and more wider in modern electronic system measurement system and other microwave systems, the trend promote the research of more wide band microwave devices, so the more wide band research has a greatly significant. Also this trend also promotes the research of coupler. In this article we will use the different principles of design of waveguide directional coupler for reference, we adopt the form of double-ridge waveguide to design high-power and broadband directional coupler. (Here we use the WRD650 standard form)As we know that the double-ridge waveguide has lower cut-off frequency than rectangular waveguide, the double-ridge waveguide also has wider single model bandwidth and lower impedance. So the double-ridge form has superiority. In the design first we adopt the circular holes coupling mode to acquire advantages and disadvantages in this mode. Then we change to adopt unsymmetrical cross hole to design the coupler. Comparing cross hole and circular hole we can find that the unsymmetrical cross hole is better than circular hole. By theory analysis, numerical calculation and electromagnetism simulating software we compare the results and improve the property . For the perfect target we also take several particular actions to improve the capability of double-ridge waveguide coupler.In this article, we have a comprehensive analysis and research to double-ridge waveguide directional coupler. The specific work is as follows:1.According to the basic coupler theory we apply the double-ridgedwave-guide to coupler design and analysis the superiorities of double-ridgedirectional coupler design.2.First adopting conventional sketched holes to design double-ridgedirectional coupler, then adopting improving form of unsymmetrical crossholes. Compare the forms, Double-Ridge Waveguide Directional Coupler inthe form of unsymmetrical cross hole is superior.3.Optimizing parameters of hole radius, hole distance and hole location,arriving at the best data.4.Analysis the effect when the structure of Double-Ridge Waveguide ischanged little, and find the sensitive factors of the coupler indicators.5.Design the converter between the Double-Ridge Waveguide and Coaxialline. Solve matching problem of impedance between Double-RidgeWaveguide and Coaxial line6.By simulation software, simplify the calculation of radius of holes. Onlyknowing the proportion of hole radiuses, we optimize the best data bysimulation software.目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (3)第一章引言 (5)1.1研究背景与意义 (5)1.2双脊波导定向耦合器的研究状况 (7)1.3国内外动态 (8)1.4本论文的重要工作和章节安排 (9)第二章定向耦合器的理论基础 (10)2.1定向耦合器的结构特点 (10)2.2定向耦合器的技术指标 (12)2.3单孔耦合理论 (16)2.4相位叠加理论 (17)2.5 多孔耦合 (18)2.6 重要参数的设计 (21)第三章双脊波导定向耦合器的设计与研究 (23)3.1双脊波导的特征及参数 (23)3.2单孔耦合设计 (28)3.3双脊波导多孔耦合设计 (30)3.4非对称十字孔耦合器的设计 (36)3.5本章小结 (37)第四章定向耦合器结构尺寸对特性参量的影响 (38)4.1 孔径大小对耦合器的影响 (38)4.2孔边距对耦合器的影响 (38)4.3孔间距对特性的影响 (40)4.4双脊波导的长边和窄边以及脊深度微小变化的影响 (42)4.5波导厚度的影响 (45)4.6 本章小结 (46)第五章同轴波导转换器设计与研究 (47)5.1 探针激励波导结构 (47)5.2 转换接头的模型设计 (50)5.3本章小结 (52)第六章总结 (53)参考文献 (54)致谢 (57)攻硕期间取得的研究成果 (58)第一章引言1.1研究背景与意义在微波系统中定向耦合器是一种用途广泛的四端口微波元件，在功率监视装置和接收机的混频器中都要应用定向耦合器。
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分析和总结波导十字耦合器郑聪艺1（南京航空航天大学，江苏省南京市210000）摘要：定向耦合元件是微波系统中应用最广泛的元件，可用于监测功率、频率和频谱，测量馈线系统和元件的反射系数、插入衰减等，可用作衰减器、功率分配器，这类元件一般都在两个端口以上，因此通常用多端口的网络理论进行分析。
本文主要先对定向耦合器进行分析，进而对波导十字耦合器进行深入的分析及总结。
关键词：定向耦合器；波导；双十字槽孔耦合器；引言定向耦合器的种类和形式很多，结构上差异较大，工作原理也不尽相同，因此可以从不同的角度对其进行分类。
其中根据传输线的类型来分类有：波导型、同轴线型、带状线与微带线型等；若按耦合方式或者耦合输入的相位分类等，还可分成很多类型的定向耦合器，此处便不一一列举。
波导十字耦合器属于波导型的，众所周知,在微波系统的设计中,常需要低过渡衰减的紧凑的波导定向藕合器,而不需要很高的方向性,“+”字型槽交叉波导定向藕合器具有结构紧凑、方向性高、频带宽、过渡衰减几为恒定等优点。
但其过度衰减也大，导致在实际应用中较难利用。
1 定向耦合器的基本理论1.1 技术指标如图2-1 所示，1、2 为主线，3、4 为辅线。
信号由1 端口输入，输入功率1P ，2 为直通端，输出功率2P ，3 为耦合端，输出功率3P ，4 为隔离端，在理想情况应该没有输出，但实际是有一小部分功率耦合的这个端口的，输出功率4P 。
(1)耦合度(过渡衰减)C定义为输入端的输入功率P1与耦合输出端的输出功P3之比，通常用分贝表示，(2)方向性D定义方向性为辅传输线中耦合端和隔离端输出功率之比的分贝数，即对定向耦合器来说方向性越高越好，上式表明 D 越大，耦合器的反向传输功率就越小，方向性就越好。
理想情况下，P4=0，D趋于无穷。
在实际应用中，我们一般对定向耦合器提出一个最低的方向性要求，称为最小方向性系数minD 。
（3）隔离度I图2-1 所示的耦合器示意图中，由 1 端口输入功率时，端口 4 在理想情况下应该没有输出，因此称之为隔离端口，但是实际上仍有一小部分功率耦合到隔离端口。
通常我们将输入端口的输入功率P1跟隔离端口的输出功率P4之比的分贝数定义为隔离度，即从以上三个指标的公式中可以看出，隔离度与方向性、耦合度的关系为方向性和隔离度都是描述定向耦合器定向性能的指标，由于方向性就等于隔离度减去耦合度，通常我们只说方向性，而很少说隔离度。
（4）输入驻波比（VSWR）定义在除了输入端口之外的其他端口均接匹配负载的情况下，在输入端口测量到的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。
因为此时网络输入端的反射系数即为网络的散射参量S11。
所以（5）工作频带宽度能够满足定向耦合器各项技术指标的频率范围即为工作频带宽度，简称带宽。
通常情况下一节定向耦合器的带宽是比较窄的，而多节定向耦合器通过级联可以大大加宽带宽。
定向耦合器的节数还要由允许的插入损耗、要求的体积范围以及对带宽的要求而定。
1.2 定向耦合器的网络分析定向耦合器因其种类不同分析方法也有所不同，比如波导定向耦合器采用耦合波理论分析，分支线定向耦合器采用奇偶模分析方法等。
但是定向耦合器都是四端口网络，因此可以采用网络理论来分析，从而得到定向耦合器的一般特性[19]。
定向耦合器的S 参数矩阵为因为网络是互易的，所以有Sij=Sji，即S^T=S ，如果该网络关于xx '和yy '面对称，则有如果该网络是无耗网络，那么要满足“幺正性”，即，其中，为S 的转置矩阵；为的共轭矩阵。
若该网络的各个端口都已完全匹配的话，则，因此，对于具有无损耗的、互易的、完全匹配而又对称的四端口网络，我们可以将其S 参数矩阵简化为根据S 矩阵的一元性可以得到由上式可以推出，S12、S13、S14中必须有一个为零，因此可以说明该四端口网络必定具有方向性。
综上我们可以得到这样一个性质：只要是一个四端口网络，并且具有互易无耗，完全匹配和对称的性质，就能够设计成一个理想的定向耦合器。
①我们首先假设S14=0，那么这个四端口网络就是一个正向的定向耦合器。
那么式就可以简化为(2-10) 将代入上式可得即(2-11) 式(2-10)表明，该四端口网络的 2 端口和3 端口的输出功率之和等于 1 端口的输入功率，由式(2-11)可以看出两个输出端的输出电压波相位相差了90度。
那么可以得到一个90度定向耦合器的散射矩阵为②假设S13=0，则该四端口网络构成一个反向定向耦合器，那么其网络参数就可以简化为(2-12)说明，该四端口网络的输出端口 2 和隔离端口4 的输出功率的总和刚好等于该网络输入 1 端口的输入功率，两个输出端口的输出电压波相位也相差90度，所以，理想的90度反向定向耦合器的散射矩阵为(2-14)1.3 波导场理论分析（此处略去，读者可自行参考有关书籍）2 波导十字耦合器的分析波导型十字缝定向耦合器由相互垂直的主波导和副波导构成，公共壁为宽壁，耦合装置是十字形缝隙，器件如下图所示：由于主波导和副波导的功率传输方向相互垂直，它是一种垂直耦合器。
2.1 波导十字耦合器的工作原理①TE10波中的圆极化磁场TE10波有两个磁场分量，分别是：由圆极化的定义，要求两个磁场分量存在90度相位差，且两个方向的磁场绝对值相等。
前者显然满足，后者则导出如下关系：解得：由此，得到TE10波场结构的又一重要特征，即⑴在x1、x2处，TE10波的磁场是旋向相反的圆极化磁场。
⑵旋向的规律是，以TE10波的传播方向为参考（即视线沿其传播方向），使大拇指垂直进入纸面，x1处的旋向正好满足左手螺旋关系，成为左圆极化磁场；x2处的旋向正好满足右手螺旋关系，称为右圆极化磁场。
②工作原理用上图解如下：⑴若主线中TE10波的传播方向向下，则十字缝位于视线左边，故十字缝处为左圆极化磁场（逆时针方向）。
⑵耦合到副线后，十字缝处仍然应为左圆极化磁场。
⑶假设副线中TE10波的传播方向向左。
这时十字缝位于右边，按照旋向判断法，十字缝处为右圆极化磁场。
这与要求的极化旋向矛盾，因此假设错误。
⑷再假设副线中TE10波的传播方向向右，这时，由于十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场。
这与要求的极化旋向一致，因此副线的正方向应该向右。
③副线正方向的简易判断方法综合主线中TE10波的传播方向、十字缝的位置的各种情况，可得到副线正方向的简易判断方法，即过十字缝做对角线，再使主线输入信号在到达十字缝之前弯曲90度，若能与对角线相交，则该方向就是副线的正方向，如下图所示：2.2 波导十字耦合器的耦合度关于十字耦合器的耦合度虽有很多文献给出了计算表达式，可是各表达式却不尽相同，对于单十字槽而言主要表现在对磁极化率的计算上。
有关公式请读者参考文献[1][2][3][4][5]。
从文献[1][2][3][4][5]中我们看出个表达式因为在对磁极化率的计算上不同而导致耦合度磁极化率的取值不同而在理论计算上相差很大。
在实际应用中为了增强耦合度，常采用双十字槽耦合方式。
如下图所示：图1在计算耦合度时,为了提高计算精确度,必须将颇率和波导壁厚的因素考虑进去。
这在许多文献中都作了分析和研究.然而壁厚等影响的程度,在算法上同磁极率一样,也有不一致之处。
有关公式请读者自行参考文献[6][7][8]。
3 双十字槽孔定向耦合器双十字孔定向耦合器如图1所示，，其主、辅波导轴正交，两十字槽孔的中心均位于对角线上。
双十字槽孔定向耦合器的优点是具有理想的方向性，且基本上与频率无关，耦合度的频率特性也比较好，同时结构紧凑，连接方便，故在微波通信机中经常采用。
耦合度大是单十字槽孔定向耦合器的缺点，为减少耦合度，实际上是采用双十字槽孔的，这样耦合度就可减少6d B。
4 结论在对波导十字耦合器的分析中我们可以发现，虽然结构紧凑、方向性高、频带宽、过渡衰减几为恒定等优点。
但其过度衰减也大，导致在实际应用中较难利用。
因此我们在实际应用中一般选用双十字槽孔定向耦合器取代单十字槽孔，一次来获得较小的耦合度。
此外还有使用2^N射线“星”型槽交叉波导定向耦合器的，这种耦合器它具有十字型槽交叉波导定向耦合器的优点,而且其过渡衰减又可视需要选择得足够低。
读者可自行参考文献[12]进行了解。
参考文献[1]范树理著,《微波元件及测量》,人民教育出版社,1961.9[2]顾茂章、张克潜著,《微波技术》,清华大学出版社,1989.2.[3]周冠杰、林守远等译校,《波导元件机械公差手册》,机械电子工业部第14研究所,199.0[4]马宁全编,《微波技术基础》,中国广播电视出版社,1989.4。
[5]顾瑞龙、沈民谊著,《微波技术与天线》,国防工业出版社,1980.6。
[6]李嗣范著,《微波元件原理与设计》,人民邮电出版社,1982.[7]吴明英、毛秀华著,《微波技术》,西北电讯工程学院出版社,1985.6.[8]吴万春、粱昌洪著,《微波网络及其应用》,国防工业出版社,1980.7.[9]王新稳、李延平、李萍，《微波技术与天线》，电子工业出版社，2013.3[10]傅文斌、董文峰、杨春山，《微波技术与天线》，机械工业出版社，2013，8[11]张志良，关于十字槽波导定向祸合器祸合度的讨论，现代雷达，1992.8[12]吴宏雄，2^N射线“星”型槽交叉波导定向祸合器的分[13]宋大伟，波导定向耦合器的设计研究，电子科技大学硕士学位论文，2013.6。