定向耦合器.
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。
第6章定向耦合器
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:
第6章 定向耦合器
C 20lg
C1
1
2f c Z 0 s
8.59 pF
L2
Z0 p
2fc
56.68nH
步骤四: 进行仿真计算,如图 6-3 所示。
第6章 定向耦合器 图 6-3低通L-C支路型耦合器等效电路
第6章 定向耦合器 仿真结果如图6-4
0.00
－ 5.00
－ 10. 00
－ 15. 00
－ 20. 00
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分支线型定向耦合器65环形桥定向耦合器定向耦合器61定向耦合器的基本原理611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等
第6章 定向耦合器
第6章 定向耦合器
6.1 定向耦合器的基本原理 6.2 集总参数定向耦合器 6.3 耦合微带定向耦合器 6.4 分支线型定向耦合器 6.5 环形桥定向耦合器
第6章 定向耦合器
g
2
4
1
4
g
g
3
4
4
2
1
3
ZR 4
(a)
(b)
图 6-11 微带环形桥与波导魔T
第6章 定向耦合器
用波程相移理解这个原理比较简单： 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°,两路信号性质相反, 在端口4抵消形成隔离端。
定向耦合器的工作原理及作用
定向耦合器的工作原理及作用嘿，你问定向耦合器的工作原理及作用呀，那咱就来聊聊呗。
定向耦合器呢，就像是一个有点“小聪明”的小装置。
它的工作原理其实还挺有意思的。
你可以把它想象成一个在信号传输道路上的“分流器”。
当信号在传输线中跑的时候，定向耦合器就会从这条传输线上“偷偷”地分出一部分能量来。
它是怎么做到的呢？它里面有一些特殊的结构，比如耦合线或者孔洞之类的。
这些东西就像小“窗口”，让一部分信号能通过它们“溜”到另一个通道里去。
而且它还很“聪明”地只让信号按照特定的方向分流哦，所以才叫定向耦合器嘛。
比如说，信号从左边往右边传，它就能按照设定好的方式把一部分能量准确地引导到旁边的通道里，而如果信号从右边往左边传，它可能就不会让那么多能量“溜”过去啦，是不是有点神奇那它有啥作用呢？作用可不少呢！首先，它可以用来检测信号的强度。
就好比你想知道水流有多大，放个小水表在旁边测一测一样。
定向耦合器能把传输线上的信号分出来一点，然后通过一些测量手段，你就能知道信号有多强啦。
这在很多通信系统里都很重要哦，要是信号太弱了，可能通信质量就不好，就得想办法调整啦。
其次，它还能用来实现信号的分配和合成。
比如说，你有一个信号源，想把它分成几个不同的部分送到不同的地方去，定向耦合器就可以帮你做到。
它把信号按一定的比例分出来，然后送到各个需要的地方。
反过来，如果有几个信号要合成一个，它也能在一定程度上帮忙哦，就像把几条小水流汇聚成一条大水流一样。
还有哦，在一些测量和测试设备中，定向耦合器也大有用处。
比如在射频测试中，它可以帮助工程师们准确地测量各种参数，确保设备正常工作。
我给你讲个例子吧。
有一次在一个通信基站的维护中，工作人员发现信号传输有点问题，怀疑是某个部件出了故障。
他们就用定向耦合器来检测信号的强度和分布情况。
通过它，找到了信号在传输过程中衰减比较大的地方，最后发现是一根传输线老化了。
换了新的传输线后，信号就恢复正常啦。
所以你看，定向耦合器虽然看起来小小的，但是在很多地方都发挥着重要的作用呢，你明白了不。
定向耦合器的工作原理
定向耦合器的工作原理
定向耦合器是一种用于将电磁波从一个波导或传输线路中耦合到另一个波导或传输线路中的器件。
它的工作原理是利用耦合结构中的电磁场相互作用来实现能量传输。
一种常见的定向耦合器是方向耦合器，主要由两个波导或传输线路、相互交叉的耦合结构和一个调整器件组成。
当电磁波从一个波导传输到耦合结构时，会发生与相邻波导的能量耦合。
耦合结构的设计保证了能量在不同波导之间的传输效率。
在实际工作中，通过调整器件可以改变波导之间的耦合强度，从而控制能量的传输。
具体来说，通过调整器件的位置、形状或参数等方式，可以改变波导之间的相位差，从而影响耦合效应。
通过适当的调整，可以实现不同耦合强度的定向耦合。
定向耦合器在微波和光纤通信等领域具有广泛的应用。
它能够将电磁波从一个波导或传输线路中耦合到另一个波导或传输线路中，实现能量的传输和分配。
通过合理设计和调整，定向耦合器可以实现高效的能量传输，有助于实现复杂的通信和传输系统的正常工作。
第6章定向耦合器
第六章 定向耦合器
对于波导的T形接头，我们把主波导的两臂分别称为1和2端口，分 支臂称为3端口。分析波导的T形接头的工作特性，可利用波导中 TE10模的电场分布来分析。E-T接头和H-T接头中TE10模的电场分布 分别如图所示。
8
第六章 定向耦合器
E-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅反相输出，用散射参量表示
二.分类
第六章 定向耦合器
定向耦合器的种类很多。
按传输线类型
按耦合方式
波导
同轴线 带状线 微带线
单孔耦合
多孔耦合
连续耦合
平行线耦合
输出方向
输出相位
按耦合强弱
同向耦合
反向耦合 90度定向
180度定向
强耦合
中等耦合
弱耦合 1
第六章 定向耦合器
下图给出了几种定向耦合器的结构示意图，其中图(a)为微带分支定 向耦合器，图(b)为波导单孔定向耦合器，图(c)为平行耦合线定向耦 合器，图(d)为波导匹配双T，图(e)为波导多孔定向耦合器，图(f)为微 带混合环。
a1
10C
10
1
1 2
a2 a1 R
b 1 a12 R
注：设计双分支定向耦合器尺寸方法
19
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方向性，即
D 10 lg P3 P4
10 lg
S31 2 S41 2
20 lg
S31 S41
DC
5
第六章 定向耦合器
(三） 输入驻波比
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。此时，网络输入端的反射系 数即为网络的散射参量S11，故有
定向耦合器
定向耦合器相关图片编辑词条参与讨论所属分类：基本物理概念天体物理学电子电子技术电子术语通信通信技术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。
用来分配或合成微波信号功率并具有定向耦合特性的微波元件。
它是在主、副两根传输线(简称主、副线)之间设置适当的耦合结构组成的。
定向耦合器采用同轴线、带状线、微带线、金属波导或介质波导等各种型式。
耦合结构有耦合孔、耦合分支线和连续结构耦合等型式。
目录·• 工作原理·• 网络特性定向耦合器-工作原理主线中传输的功率通过多种途径耦合到副线,并互相干涉而在副线中只沿一个方向传输。
图1 图2 图3图1为矩形波导定向耦合器的三种典型耦合结构。
a是相距1/4导波长的双孔耦合;b是间距和长度都等于1/4导波长的双串联分支线耦合；c是在裂缝区域内TE和TE两种传播模式的连续耦合。
以a和b两种结构为例，从端口①输入的信号分两路耦合到副线后，朝端口④方向因行程相等而同相叠加，有输出；朝③方向则行程相差1/2导波长而反相抵消，被隔离而无输出。
图2为微带定向耦合器的两种典型的耦合结构。
a是间距和长度都等于1/4导波长的双并联的分支线耦合,b是在平行区域内电场和磁场两种结构连续耦合。
以b的结构为例,从端口①输入的信号由电场耦合在副线的两个端口上产生同相感应电压，磁场耦合则产生反相感应电压。
结果在端口④处相加而有输出，③处则抵消而呈隔离无输出。
此外,也可构成其他传输线的定向耦合器（图3）。
定向耦合器-网络特性定向耦合器可被看作为四端口网络，其特性可用散射矩阵【s】表示，即其中各端口的反射系数s ii(i=1、2、3、4)的值很小（理想值为零）,表示各端口的匹配情况；衰减系数s13=s31=s24=s42的值也很小(理想值为零)，表示隔离情况；s14=s41＝s23＝s32是耦合系数，其值根据需要而设计。
定向耦合器基础知识
• 定向耦合器是一种具有定向传输特性的四 端口元件, 它是由耦合装置联系在一起的 两对传输系统构成的, 它是微波功率分配 器件的一种。
• 本节主要介绍定向耦合器的性能指标, 而 后简单介绍波导双孔定向耦合器、双分支 定向耦合器和平行耦合微带定向耦合器。
一 结构原理
• 图中“①、 ②”是一条传输系统, 称为主 线；“③、④”为另一条传输系统, 称为副 线。
• 为了增加定向耦合器的耦合度，拓宽工作 频带, 可采用多孔定向耦合器。
多孔定向耦合器原理
• 多个耦合小孔将会在副波导中激励出多个 向隔离端传输的有不同相位差的波，它们 可在多个频率上叠加抵消（这里所说抵消 只能说是减弱，而一般不可能为零），这 样隔离端的输出功率虽然不为零，但可在 一较宽的频率范围内为很小值，从而实现 了带宽展宽。
5工作带宽
工作带宽是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 ρ等参数均满足要求时的工作频 率范围。
1 S11
1 S11
三 各种耦合器件
• 图4-19中依序为波导窄壁孔耦合定向耦合 器、正交波导宽壁十字孔耦合定向耦合器、 耦合带状线定向耦合器及微带线分支定向 耦合器。
四 波导窄壁双孔耦合定向耦合器
多孔定向耦合器设计
• 多孔耦合定向耦合器，可作成耦合小孔孔径相同 孔距相等，也可作成孔径不同孔距相等。孔径不 同则耦合系数不同，可使它们比例于二项式展开 式中的系数，或比例于切比雪夫多项式等。这种 以元件要素拟合确知函数（曲线）的方法，在电 子信息技术中屡有运用，如多阶梯阻抗变换器、 滤波器设计中寻求所需要的频率特性，天线陈列 设计中为获得所希望的方向性等，读者可根据需 要参阅相关专著。
10
lg
|
定向耦合器参数
定向耦合器参数
定向耦合器是一种能够使传输信号按照指定方向传播的设备，其可以实现某个特定方向的特定信号的通过，而不会向其他方向传播，因此特别适用于在干扰比较严重的情况下的信号传输，它的参数有： 1、阻抗：定向耦合器的阻抗主要取决于物理结构和它的电气负载。
根据传输的信号类型，有50欧姆，75欧姆和93欧姆三种不同的阻抗值，其中50欧姆是最常用的阻抗。
2、传输损耗：传输损耗是指信号通过定向耦合器以后，能够有效传输的部分，也就是信号传输的系数，叫做传输损耗，它的值越小，表示信号传输的系数越高，传输的信号也就越强。
3、绝缘电阻：它是用来测量几个不同的电源桥连接的定向耦合器之间的静电耦合的一个参数，它可以测出定向耦合器之间的静电耦合关系，如果绝缘电阻过大，可能会影响定向耦合器的正常操作。
4、频率范围：定向耦合器的频率范围指的是它可以处理的信号的频率范围，如果信号频率超出定向耦合器的频率范围，那么频率超出的信号将不会被正常传输，可能会影响定向耦合器正常运行。
- 1 -。
第6章 定向耦合器
第6章 定向耦合器
环形桥定向耦合器 6.5 环形桥定向耦合器
混合环又称环形桥,结构如图 6-11(a)所示。 它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。
第6章 定向耦合器
dB
0.55
0.60
0.65
0.70 0.75 0.80 FREQ[GHz]
0.85
0.90
0.95
1.00
图 6-8平行线型耦合器仿真结果
第6章 定向耦合器 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。
D(dB) = −10 lg
第6章 定向耦合器
集总参数定向耦合器 6.2 集总参数定向耦合器
6.2.1 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,如图6-2所示。
第6章 定向耦合器
第6章 定向耦合器
图 6-7平行线型耦合器电路图
第6章 定向耦合器 Microwave Office软件仿真结果如图6-8 所示, 图中自上而下便是S21、 S31、 S41、 S11的dB值,这些值 可以在附录1的实验中测量作比较。
第6章 定向耦合器
0.00 S21 －5.00 －10.00 S31 －15.00 －20.00 －25.00 －30.00 －35.00 －40.00 0.50 S11 S41
定向耦合器的工作原理
定向耦合器的工作原理
定向耦合器是一种广泛应用于微波和光纤通信系统中的耦合器。
它可以将输入信号耦合到特定的输出端口上，而忽略其他端口的信号。
定向耦合器的工作原理基于两个相互作用的波导。
通常，一个主波导拥有一个或多个辅助波导。
输入信号通过主波导输入，并根据耦合器的设计，耦合到特定的辅助波导上。
定向耦合器的设计需要考虑特定的耦合比例。
耦合比例决定了输入信号在辅助波导中的功率分配情况。
通常，定向耦合器被设计为在几个特定的频率范围内实现理想的耦合比例。
当输入信号通过主波导时，它会遇到与辅助波导的耦合结构相互作用。
这个相互作用通常是通过耦合窗口或者耦合插入件实现的。
耦合窗口或耦合插入件被设计为在特定频率范围内产生最大的垂直耦合效率。
定向耦合器的一个重要性能参数是其插入损耗。
插入损耗是指输入信号在经过耦合器时损失的功率。
通常，设计者会尽量降低插入损耗，以便提高整体系统的性能。
总之，定向耦合器是一种常用的耦合器，它通过特定设计的主波导和辅助波导相互作用，将输入信号耦合到特定的输出端口上。
它在微波和光纤通信系统中扮演着重要的角色，能够实现理想的耦合效果和较低的插入损耗。
定向耦合器的耦合度,隔离度,定向度计算公式
定向耦合器是指能够将输入信号从一个端口转移到指定的输出端口的设备。
在设计和使用定向耦合器时，需要考虑其耦合度、隔离度和定向度。
这些参数对定向耦合器的性能和使用效果具有重要影响。
一、耦合度耦合度是定向耦合器传输信号中的一种重要参数，指的是输入端口与输出端口之间的能量传输。
耦合度越高，输入端口的能量会更多地传输到输出端口，实际上就是指定向耦合器所提供的端口之间传输能量的程度。
耦合度的计算公式为：C = 10 * log10(Ws/Wi)其中C表示耦合度，单位为分贝(dB)，Ws表示输入端口的能量，Wi 表示输出端口的能量。
通常情况下，耦合度的取值范围一般在20dB 至50dB之间，不同的应用场景下，所需的耦合度也会不同。
选择合适的耦合度能够满足不同的需求。
二、隔离度隔离度是定向耦合器的另一个重要参数，用来描述输入端口和其他端口之间的隔离程度。
隔离度越高，表示输入端口与其他端口之间的干扰越小，这对于提高定向耦合器的性能和稳定性非常重要。
隔离度的计算公式如下：I = 10 * log10(Ws/Wi)其中I表示隔离度，单位也是分贝(dB)，Ws表示输入端口的能量，Wi 表示其他端口的能量。
隔离度的取值范围一般在20dB至40dB之间，隔离度越高，输入端口和其他端口之间的干扰就越小。
三、定向度定向度是描述定向耦合器在将能量从输入端口传输到指定输出端口时的效果的参数。
在使用定向耦合器时，需要考虑定向度的大小，定向度越高，表示定向器在传输时的效果越好。
定向度的计算公式如下：D = 20 * log10(sqrt((1 - |S21|^2) * (1 - |S31|^2)))其中D表示定向度，S21和S31表示定向耦合器的S参数，用来描述能量在端口之间的传输情况。
定向度的取值范围一般在20dB至30dB 之间，选择合适的定向度能够确保定向耦合器在实际使用中能够高效地传输信号。
总结在设计和使用定向耦合器时，需要充分考虑耦合度、隔离度和定向度这些重要参数。
举例说明定向耦合器的用途
举例说明定向耦合器的用途定向耦合器是一种用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤的光学器件。
它可以用于各种应用，例如光通信、光传感、激光器与光纤耦合等。
下面将举例说明定向耦合器的几个常见用途。
1. 光通信系统中的光纤耦合：在光通信系统中，定向耦合器常用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤。
例如，当需要将光信号从一根主干光纤分配到多根分支光纤时，可以使用定向耦合器实现光信号的分配与传输。
2. 光传感系统中的光纤耦合：在光传感系统中，定向耦合器可以用于将光信号从传感器耦合到光纤中，实现对环境参数的测量与监测。
例如，将光纤传感器用于温度、压力、应变等参数的测量时，需要使用定向耦合器将光信号从传感器传输到光纤中进行信号处理与分析。
3. 激光器与光纤耦合：在激光器与光纤耦合的应用中，定向耦合器可以实现将激光器的输出光束耦合到光纤中，实现激光器与光纤之间的能量传输与耦合。
例如，在激光器与光纤放大器的耦合应用中，需要使用定向耦合器将激光器的输出光束耦合到光纤放大器中进行光信号放大。
4. 光学仪器中的光纤耦合：在光学仪器中，定向耦合器可以用于将光源与检测器之间的光信号耦合。
例如，在光谱仪、光学显微镜等仪器中，需要使用定向耦合器将光源发出的光信号耦合到检测器中进行信号检测与分析。
5. 光纤传输中的光信号耦合：在光纤传输系统中，定向耦合器可以用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤，实现光信号的传输与分配。
例如，在长距离光纤传输系统中，为了提高光信号的传输效率，可以使用定向耦合器将光信号从一根主干光纤分配到多根分支光纤中进行传输。
6. 光纤传感网络中的光纤耦合：在光纤传感网络中，定向耦合器可以用于将光信号从传感器耦合到光纤中，实现对环境参数的实时监测与控制。
例如，在智能城市、智能交通等应用中，可以使用定向耦合器将光纤传感器的信号耦合到光纤网络中，实现对环境参数的远程监测与控制。
7. 光学成像中的光纤耦合：在光学成像中，定向耦合器可以用于将光信号从成像装置耦合到光纤中，实现光学成像信号的传输与分析。
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。
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)
什么叫“定向耦合器”？使用定向耦合器注意事项
什么叫“定向耦合器”？使用定向耦合器注意事项
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。
用来分配或合成微波信号功率并具有定向耦合特性的微波元件。
它是在主、副两根传输线(简称主、副线)之间设置适当的耦合结构组成的。
定向耦合器
采用同轴线、带状线、微带线、金属波导或介质波导等各种型式。
耦合结构
有耦合孔、耦合分支线和连续结构耦合等型式。
什幺叫“定向耦合器”？
耦合器的主要功能就是主线中传输的功率通过多种途径耦合到副线,并互
相干涉而在副线中只沿一个方向传输。
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。
定向耦合器耦合度
定向耦合器耦合度引言定向耦合器是一种用于无线通信系统中的重要设备，它的作用是将信号从一个输入端口耦合到一个或多个输出端口。
定向耦合器的耦合度是指在耦合过程中输入信号与输出信号之间的关联程度。
本文将从耦合器的基本原理、耦合度的定义和计算方法、耦合度的影响因素以及耦合度的优化方法等方面对定向耦合器耦合度进行探讨。
定向耦合器的基本原理定向耦合器是一种基于微波技术的被动器件，通常由多个传输线构成。
其基本原理是通过电磁波在传输线之间的耦合作用，将输入信号从一个传输线耦合到其他传输线上。
定向耦合器通常具有两个输入端口和两个输出端口，其中一个输入端口和一个输出端口用于输入和输出信号的耦合，另一个输入端口和另一个输出端口用于通过耦合器的内部结构将信号耦合到其他输出端口上。
耦合度的定义和计算方法耦合度是衡量定向耦合器输入信号与输出信号之间关联程度的指标。
一般来说，耦合度越高，输入信号与输出信号之间的关联程度越强，耦合器的性能越好。
耦合度的计算方法通常使用功率比或插入损耗来表示。
功率比法功率比法是通过比较输出端口上的功率与输入端口上的功率来计算耦合度的方法。
假设输入端口上的功率为Pin，输出端口上的功率为Pout，那么耦合度可以用以下公式表示：Coupling = 10 * log10(Pout / Pin)其中，Coupling表示耦合度，单位为dB。
根据功率比法计算的耦合度可以直观地反映输入信号与输出信号之间的关联程度。
插入损耗法插入损耗法是通过比较输入信号与输出信号之间的功率损耗来计算耦合度的方法。
假设输入端口上的功率为Pin，输出端口上的功率为Pout，那么耦合度可以用以下公式表示：Coupling = 10 * log10(Pin / Pout)根据插入损耗法计算的耦合度可以反映定向耦合器对信号的衰减程度。
耦合度的影响因素定向耦合器的耦合度受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：传输线长度和宽度传输线长度和宽度对定向耦合器的耦合度有较大影响。
平行耦合线定向耦合器散射矩阵
平行耦合线定向耦合器散射矩阵
平行耦合线定向耦合器是一种常见的微波器件，用于在微波电
路中进行能量的耦合和分配。
它通常由两个平行的传输线构成，通
过电磁耦合来实现能量的传输。
定向耦合器的作用是将输入的信号
按照一定的比例分配到两个输出端口上，或者将来自两个输入端口
的信号按照一定的比例合成到一个输出端口上。
散射矩阵（S矩阵）是用来描述多端口网络中各个端口之间的
电磁耦合关系的矩阵。
对于定向耦合器来说，S矩阵可以描述输入
端口和输出端口之间的信号传输和耦合关系。
对于平行耦合线定向
耦合器来说，S矩阵可以描述在不同频率下输入端口和输出端口之
间的功率传输和反射特性。
在实际工程中，通过对平行耦合线定向耦合器进行建模和分析，可以得到其在不同频率下的散射矩阵，进而了解其在微波电路中的
性能表现。
工程师可以根据S矩阵的特性来设计和优化微波电路，
以满足特定的功率分配和耦合要求。
总的来说，平行耦合线定向耦合器的散射矩阵描述了其在微波
电路中的功率传输和耦合特性，对于工程师来说，深入理解和分析S矩阵是进行微波器件设计和优化的重要基础。
举例说明定向耦合器的用途
举例说明定向耦合器的用途定向耦合器是一种用于将电磁波能量从一个波导传输线耦合到另一个波导传输线的无源无源器件。
它的主要功能是在不同的波导或微带线之间传输无线电频率能量，并保持较高的磁场或电场强度。
定向耦合器广泛应用于无线通信系统、微波测量仪器、雷达设备等领域，用于传输和分配射频信号。
以下是几个定向耦合器的常见应用示例：1.无线通信系统：在无线通信系统中，定向耦合器用于将天线发送的无线电频率信号耦合到接收器中。
它可以确保高效的信号传输，并且在信号传输过程中最小化功率损耗。
定向耦合器还可以用于分配功率到多个天线，实现无线通信的覆盖范围扩展。
2.微波测量仪器：在微波测量仪器中，定向耦合器用于将微波信号从测试设备传输到被测试设备中，并从被测试设备中接收反射信号。
定向耦合器允许测量设备与被测设备之间进行双向通信，以实现高精度的测量和分析。
3.雷达系统：在雷达系统中，定向耦合器用于引导射频能量到天线阵列中的每个天线。
它能够确保雷达系统能够收到来自不同角度和方向的信号，并将其聚焦在目标上。
定向耦合器还可以用于将雷达信号分配到不同的接收器中进行信号处理和分析。
4.通信基站：在通信基站中，定向耦合器用于将基站发送的无线信号耦合到天线根面上。
这些天线将信号广播到周围的地区，实现无线通信。
定向耦合器的使用可以有效地控制信号的传输和分配，以及最大限度地减少信号衰减。
5.太阳能系统：在太阳能系统中，定向耦合器用于将太阳能电池板收集到的能量传输到电池储存系统中。
定向耦合器可以最大限度地增加太阳能电池板收集到的能量，并将其有效地转化为可用的电力。
总的来说，定向耦合器用途广泛，可以在各种领域中实现高效、稳定的无线电能量传输和分配。
它在无线通信、测量仪器、雷达系统、基站和可再生能源等领域发挥着重要作用，并促进了现代通信和电力技术的发展。
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单位代码： 10293 密 级：硕 士 学 位 论 文论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士二零一五年三月学 科 专业 研 究 方向 申请学位类别 论文提交日期摘要定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。
特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。
但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。
本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。
论文的主要工作和创新点包括：（1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。
这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。
（2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。
（3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。
在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。
关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽AbstractReader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include:(1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation.(2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased.(3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation.Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景与意义 (1)1.2 RFID系统基本介绍 (1)1.3 RFID系统现状和进展 (3)1.3.1 RFID系统使用现状 (3)1.3.2 RFID系统中读写器收发隔离技术的重要程度 (3)1.4本文的主要工作及内容安排 (4)第二章定向耦合器基本原理 (6)2.1 定向耦合器工作原理 (6)2.1.1 定向耦合器基本特性 (6)2.1.2 定向耦合器理论分析 (7)2.1.3 定向耦合器的技术指标 (9)2.2 常见定向耦合器的介绍 (10)2.2.1 平行耦合线定向耦合器 (11)2.2.2 波导定向耦合器 (11)2.2.3 分支线定向耦合器 (13)2.2.3 环形定向耦合器 (14)2.3 3dB微带分支线定向耦合器理论分析 (15)2.4 本章小结 (18)第三章带短路支节双分支线定向耦合器设计 (19)3.1 3dB双分支线定向耦合器设计 (19)3.1.1 3dB双分支线定向耦合器ADS仿真 (19)3.1.2 微带线理论分析 (21)3.1.3 3dB双分支线定向耦合器建模与结果分析 (23)3.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器设计 (26)3.2.1 3dB带短路支节双分支线定向耦合器的工作原理 (27)3.2.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器建模与仿真 (29)3.2.3 相关参数优化与结果分析 (31)3.2.4 两款定向耦合器对比分析 (38)3.3 本章小结 (40)第四章实物测试与结果分析 (41)4.1 实物加工与测试 (41)4.2 测试结果与仿真结果分析 (44)4.3 本章小结 (47)第五章改进型微带分支线定向耦合器设计 (48)5.1 3dB微带三分支线型定向耦合器设计 (48)5.1.1 3dB微带三分支线定向耦合器ADS仿真 (48)5.1.2 3dB微带三分支线定向耦合器建模与仿真 (51)5.2 3dB带短路支节三分支线定向耦合器设计 (54)5.2.1 3dB带短路支节三分支线定向耦合器建模与仿真 (54)5.2.2 参数优化与结果分析 (56)5.2.3 3dB带短路支节双分支线和3dB带短路支节三分支线定向耦合器对比分析 (60)5.3 本章小结 (61)第六章总结与展望 (62)参考文献 (64)第一章绪论1.1研究的背景与意义无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它的主要特征是运用射频信号和空间耦合传输特性，达到对被识别物体的自动识别[1]。
RFID技术是在雷达的理念的基础上，并由此进化出来的一类新型自动识别技术。
19世纪40年代，哈里斯托克曼所创新的“利用反射功率的通信”从而奠定了无线射频技术的相关基础理论[2]。
无线射频识别系统一般由电子标签（应答器）和阅读器（读头）这两个部分构成。
RFID 的现实运用中[10,11]，电子标签贴敷于被识别物体的表面或内部，每当带有着电子标签的被识别物体经过它的可识读范围内，阅读器可以自己用非接触的方式将电子标签中的识别信息提取，进而达到自动收集物品标志信息或自动识别物品的性能。
RFID技术起始于上个世纪90年代，它是一个新的自动化识别技术，而且发展迅速且得到了很大的肯定。
RFID是一类新型的无接触识别技术，它运用发射射频信号经过空间的耦合来自动识别需要识别的物体。
RFID技术相比于早期的识别技术如IC卡等最大的优势在于其并不需要与待识别物体接触就可以实现自动识别的功能，因此这一技术在射频通信领域得到了十分迅速的发展。
无线射频识别技术应用范围非常大，如制造，信息，材料等新技术方面，也覆盖了无线通信，芯片设计，集成系统，信息安全等层面。
在21世纪初，美国，欧洲等西方发达国家及地区已申请了数千项涉及到RFID的专利。
因而，我国目前将RFID技术的列入深入研究已经是迫不及待且有着十分重大的影响。
RFID技术的研究迅速依赖着很多技术的共同进步。
其所涉及的关键技术包括：芯片、无线接收发、电磁传播、数据转换和编码等。
RFID技术的发展路程已经跨过50个年头，21世纪的这些年中它的发展很快。
伴随技术的迅速发展，RFID衍生物品的类别将会越来越多，而随之而来的应用也会更多。