双分支定向耦合器
耦合器
耦合器
光纤盒耦合器
超带宽定向耦合器
பைடு நூலகம்基站耦合器
双分支定向耦合器
耦合器也叫适配器，是在系统间传递功率的器件，能在微波系统中将一路微 波功率按比例分成几路；也能在机械中将驱动设备和被驱动设备的轴连接起 来。耦合器可以是一个独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口与其它硬 件或电子接口相连。
耦合器主要包括： 定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件 • 1、按光路径分 可分为外光路耦合器（又称光电断续检测器）和内光路耦合器。外光路耦合器又分 为透过型和反射型耦合器。 • 2、按封装形式分 可分为同轴型，双列直插型，TO封装型，扁平封装型，贴片封装型，以及光纤传输 型等。
• 耦合器由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内， 彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见 的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。耦合器的作用是 实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电 信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。 • 主要作用为： • 1、将光信号转化为电信号； • 2、将多模信号耦合成单模信号； • 3、使两个光纤接头的截面光纤孔导通； • 4、使两组光信号互相联通光。
• 3、按传输信号分
可分为数字型耦合器和线性耦合器。
• 4、按速度分 可分为低速耦合器（光敏三极管、光电池等输出型）和高速耦合器（光敏二极管带信号处理电路或者光敏集 成电路输出型）。 • 5、按通道分 可分为单通道，双通道和多通道耦合器。
• 6、按隔离特性分
可分为普通隔离耦合器（一般光学胶灌封低于5000V，空封低于2000V）和高压隔离耦合器（可分为10kV， 20kV，30kV等）。 • 7、按工作电压分 可分为低电源电压型耦合器（一般5～15V）和高电源电压型耦合器（一般大于30V）。
微带分支线定向耦合器的小型化
微带分支线定向耦合器的小型化微带分支线定向耦合器是一种重要的微波元件，它在信号传输和处理方面具有广泛的应用。
微带分支线定向耦合器的主要作用是实现信号的定向传输，同时能够有效地隔离输入和输出端口，从而避免信号的泄露和反射。
由于其在通信、雷达、电子对抗等领域的重要性，如何实现微带分支线定向耦合器的小型化，以便更好地满足实际应用的需求，成为了当前的研究热点。
微带分支线定向耦合器主要由微波传输线、分支线和耦合线三部分组成。
微波传输线是用来传输信号的直线导体，分支线则是用来将从主传输线上分出的部分信号传输到耦合线上，而耦合线则是用来将信号从主传输线和分支线上耦合到输出端口。
其主要工作原理是利用微波传输线的电磁场分布，通过分支线和耦合线的几何形状和尺寸来改变电磁场的分布，从而实现信号的定向传输和隔离。
微带分支线定向耦合器的设计主要涉及到建模、仿真和优化三个步骤。
需要对耦合器的各个组成部分进行建模，建立微波电路模型，并利用电磁场仿真软件进行仿真分析。
根据仿真结果进行优化设计，主要包括调整分支线和耦合线的几何形状和尺寸，以实现最佳的信号传输和隔离性能。
对优化后的设计方案进行实际制作和测试，以验证设计的正确性和可靠性。
为了满足实际应用的需求，微带分支线定向耦合器的小型化是必然趋势。
主要可以通过以下几种技术实现：分模块集成技术：将微带分支线定向耦合器的各个组成部分分别制作在不同的芯片或模块上，然后通过集成的方式将其组合在一起，从而实现体积的减小。
平面工艺技术：利用平面工艺制作微带分支线定向耦合器的各个组成部分，可以大幅度减小体积，同时还可以提高制作精度和降低成本。
倒装芯片技术：将芯片组件倒装在基板上，可以减小体积、提高散热性能和增加稳定性。
微带分支线定向耦合器在信号传输和处理方面具有广泛的应用，例如：在通信系统中，可以用作功率分配器、混合器、相位检测器等；在雷达系统中，可以用作收发前端、功率合成器、信号分离器等；在电子对抗系统中，可以用作干扰器、信号截获器、辐射计等。
双分支定向耦合器原理
双分支定向耦合器原理双分支定向耦合器是一种被广泛应用于光通信系统中的耦合器，它可以将光信号从一个输入端口耦合到多个输出端口上，或者将多个输入端口的光信号合并到一个输出端口上。
其原理基于光的干涉和波导耦合理论，下面将详细介绍双分支定向耦合器的原理。
在双分支定向耦合器中，主波导和副波导之间存在着一定的耦合长度。
当光信号从主波导输入时，它会同时存在于主波导和副波导中。
在耦合长度这段距离上，主波导和副波导之间的距离逐渐减小，使得两个波导之间的光耦合增加。
当耦合长度到达一个特定的值时，光信号完全从主波导耦合到副波导上，这被称为50%耦合点。
当光信号从主波导中完全耦合到副波导之后，自此之后，主波导和副波导之间的距离逐渐增大。
这个过程中，从副波导输出的信号会有逐渐减小的趋势。
当距离增大到一定程度时，光信号会完全从副波导输出。
输出信号的功率与主波导输入信号功率之比称为耦合效率。
同时，根据波导的光学性质，当两个波导的长度相等时，耦合效率最大。
双分支定向耦合器的原理还包括使用相位差控制输出信号的强弱。
通过在主波导和副波导中引入相位差，可以使输出信号的强度发生变化。
这可以通过改变波导的几何尺寸或者在其上添加相位装置来实现。
例如，可以通过在耦合结构中引入突变来引发相位变化。
这种相位控制的方法可以用于应用中需要在不同输出端口上获得不同输出功率的场景。
另外，还可以通过在主波导和副波导之间引入调制装置控制耦合效率。
调制装置通常由电光调制器等组成，可以通过改变耦合结构或改变电压来改变波导的折射率，从而改变耦合效率。
这种调制控制的方法可以用于一些需要实时调节输出功率的系统中。
总结起来，双分支定向耦合器的原理基于光的干涉和波导耦合，通过控制耦合结构的几何尺寸、相位差或调制装置，可以实现将光信号从一个输入端口耦合到多个输出端口上，或者将多个输入端口的光信号合并到一个输出端口上。
这使得双分支定向耦合器在光通信系统中发挥着重要作用，提供了灵活和高效的光路选择功能。
双分支定向耦合器
参数扫描与优化
通过仿真软件中的参数扫描 功能，对关键设计参数进行 扫描分析，找到最优设计参 数组合。
等效电路法
根据耦合器的物理结构和电 磁特性，建立等效电路模型 ，通过电路仿真软件进行快 速分析和优化。
工业自动化
在工业自动化领域实现高精度、高稳定性的信号检测和传输。
面临挑战及应对策略
技术挑战
加强研发力度，突破关键技术和材料瓶颈。
市场挑战
深入了解市场需求，制定合适的市场策略，拓展应用领域 。
法规与标准挑战
积极参与国际标准和法规的制定，推动行业规范化发展。
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定向耦合器类型
01
02
03
按耦合方式分类
可分为电容耦合型、电感 耦合型和混合耦合型。
按传输线类型分类
可分为微带线定向耦合器 、波导定向耦合器、同轴 定向耦合器等。
按功率分配比分类
可分为等分功率定向耦合 器和不等分功率定向耦合 器。
应用领域及重要性
应用领域
广泛应用于雷达、通信、电子对抗等系统中，用于信号的合成、分配、检测和测 量等。
新型材料应用
探索高性能、低损耗材料，提高耦合器效率和稳 定性。
微型化与集成化
发展微型化技术，实现耦合器与电路板的紧密集 成。
智能化与自适应
引入智能算法和自适应技术，优化耦合器性能， 降低调试难度。
行业应用前景展望
5G/6G通信
满足5G/6G通信系统对高性能、低损耗耦合器的需求。
物联网与智能家居
为物联网和智能家居设备提供稳定、可靠的信号传输支持。
耦合器基础知识-PPT课件
• 总之，波导双孔定向耦合器是依靠波的 相互干涉而实现主波导的定向输出, 在耦 合口上同相叠加, 在隔离口上反相抵消。 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,
二 ，双分支定向耦合器
• 双分支定向耦合器由主线、副线和两条分支线 组成, 其中分支线的长度和间距均为中心波长 的1/4, 如图 5 - 15 所示。 设主线入口线“①” 的特性阻抗为, 主线出口线“②”的特性阻抗 为(k为阻抗变换比), 副线隔离端“④”的特性 阻抗为, 副线耦合端“③”的特性阻抗为, 平 行连接线的特性阻抗为Z0p, 两个分支线特性 阻抗分别为和。下面来讨论双分支定向耦合器 的工作原理。
5 耦合器得用途
• 功率控制的在各个功率下都要求严格，只是在接近最大功率处更 为苛刻，此时PA的功率较大，对线性度的挑战也不叫苛刻，稍微 冒大一点可能会连带处调变参数，如ACP，Spectrum，EVM 等大幅度恶化，像有的兄弟遇到的指标跳来跳去，有时会跳fail。 另外一方面就是校准之后，小功率会比较准确而大功率会有相对 较大的误差，主要有两方面的原因，其一是功率校准时通过取点 内插法实现，在小功率模式下，PA的线性度较高，其差值得到的 直线（曲线）很接近实际的特性直线（曲线），而在大功率下， 其功率可能会接近压缩，曲线会有所失真，这样通过差值得到的 曲线，除非取点很多，否则很难精准模拟实际特性曲线，所以在 PA输出加一功率检测反馈回路保证功率的精确性
(5)
• 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。
B
• 波导双孔定向耦合器是最简单的波导定 向耦合器, 主、副波导通过其公共窄壁上 两个相距d=(2n+1)λg0/4 的小孔实现 耦合其中，λg0是中心频率所对应的波 导波长, n为正整数, 一般取n=0。耦合 孔一般是圆形, 也可以是其它形状。定向 耦合器的结构如下页图
功分器、定向耦合器及应用简介
2.5.2 三分支线定向耦合器 （Three-Branch Coupler）
图2.8为三分支线定向耦合器。三分支 线定向耦合器的带宽比双分支线定向耦 合器宽，相对带宽为20%。 三分支线定向耦合器也有图2.1 1类定 向耦合器的理想方向性。 S12=S21=0
2.5.3 集总参数分支线lkinson功分器输出端所加隔离电阻 为输出端提供了很高的隔离度。但在高 频应用中，隔离电阻的寄生电抗将造成 严重问题。因为隔离电阻的几何尺寸和 波长相比拟，在大功率应用中，为了承 受大的功率，电阻的几何尺寸也必须很 大，电阻的寄生电抗则降低了功分器的 性能，不仅使隔离度、电压驻波比变坏， 而且增加了插损。
2.2 用途
在那些微波器件中会使用定向耦合器， 定向耦合器在如下所示许多微波器件中 都有应用。 平衡混频器 平衡放大器 功分器/合成器 移相器 衰减器 调制器 鉴频器（鉴相器）（Discriminators） 天线阵的馈电网络
2.3定向耦合器参数的定义
如图2.1（a）所示，定向耦合器是一个 四端口网络。假定从端口1为输入端，端 口3为输出端，端口4为耦合端，端口2为 隔离端。假定P1为端口1的输入功率, P1’ 是从端口1反射回来的功率。P2、P3、P4 分别是输出端口3、耦合端口4、隔离端 口2的输出功率。
图1.6
为了比较，图1.6（a）为同频常规3dB 功分器的形状和大小。相对图1.6（a）常 规设计，图1.6（b）所示3dB功分器等效 矩形面积比图（a）减少40%，图1.6（c） 则减少37% 。 为了减少功分器的尺寸，可以采用电 容加载技术，图1.7就是缩短尺寸2功分器 的一种结构形式。图中功分臂的特性阻 抗Z01及加载电容C1、C2可由下式求出：
λ/4
3、缩小尺寸的3dB Wilkinson功分器
耦合器通俗解释
耦合器通俗解释（内容来自互联网）在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率分配问题。
实现这一功能的元件称为功率分配元器件即耦合器，主要包括：定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。
如下图1（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。
中文名耦合器外文名Coupler主要包括定向耦合器、功率分配器组成发光源和受光器技术规范耦合器技术规范目录1 工作原理2 光电测试3 应用4 区分种类? 定向种类? 波导种类? 双分种类? 平行种类5 耦合器技术规范（室内分布）6 隔离器? 谐振式隔离器? 场移式隔离器工作原理原理类比：老张的南北两侧的白菜地各分了3份，老张希望通过一次性水道改动，每份地从主干水道上获得一小部分水流，水流速度和其他的地尽量相同，如图1所示。
图1 水流均分图这样老张就可以在树荫下歇一段时间，不用再做任何的水道改动，所有的地同时浇完。
图2 耦合器实物图耦合器是从无线信号主干通道中提取出一小部分信号的射频器件，如图2所示，与功分器一样都属于功率分配器件，不同的是耦合器是不等功率的分配器件。
耦合器与功分器搭配使用，主要为了达到一个目标—使信号源的发射功率能够尽量平均分配到室内分布系统的各个天线口，使每个天线口的发射功率基本相同。
理想耦合器的输入端口功率等于耦合端口功率与输出端口功率之和，以瓦特（W）为单位，即如图3所示。
图3 耦合器原理图耦合器的重要指标是耦合度和插损。
耦合度是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值。
定向耦合器
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]。
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
S11 S [ S ] 12 S13 S14
S 12 S 11 S 13 S 14
S 13 S 13 S 33 0
S 14 S 0 S 44
14
11
第六章 定向耦合器
对于普通的双 T接头，由于连接处结构突变，即使双T各臂均接匹配负 载，接头处也会产生反射，为了消除反射，通常在接头处加入匹配元 件(如螺钉、膜片或锥体等)，就可以得到匹配的双T，它具有下列重要 性质：
1.前提条件：仅从1口输入电压，设Ui1＝1v，其他各口均接匹配负载
14
第六章 定向耦合器
2.奇偶模等效法分析设计有关参数
U i1 1 Ui4 U rn
1 1 U i1e U i1o 2 2 1 1 0 ( ) U i 4e U i 4o 2 2 U rne U rno
R 10C 10
R 2b 2 .....................................(2) 2 2 1 a2 R
19
第六章 定向耦合器
联立得
C 10 a1 10 1 a2 a1 R 1 2
b
1 a12 R
注：设计双分支定向耦合器尺寸方法
S S P D 10lg 3 10lg 31 2 20lg 31 D C P4 S41 S41
2
6
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
1 2 , U i 4e 1 2 U rne ?
1）偶模情况： U i1e
微带线定向分支线耦合器-图文
微带线定向分支线耦合器-图文设计仿真微带线分支线定向耦合器一、设计要求：设计3dB微带分支定向耦合器已知条件：微带线介质基片厚度h=0.5mm，εr＝4.2。
指标要求：1）通带：50MHz2）耦合度：3dB3）中心频率：1.8GHz4）输入输出阻抗：50Ω二、理论分析：2.1结构分析在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G、H和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。
λg/4H（Zb）(1)11(4)GG(Za)(Za)AA1λg2/4(2)11(3)H（Zb）当功率由（1）臂输入时，（2）、（3）两臂有输出；理想情况下，（4）臂无功率输出，故（4）臂是隔离臂，（2）、（3）两臂的输出可按一定的比例分配，若（2）、（3）两臂的输出功率相同，都等于输入功率的一半，则成为3dB定向耦合器或3dB分支电桥。
利用奇偶模分析法，将上述电路在中心线A－A1处切开，此时可将两条线（1）－（2）及（3）－（4）从A－A1面分开来考虑，这样将四端口网络转换为二端口网络，上下是对称的。
所以利用各端口理想的匹配及（1）、（4）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：G21H2u3jGu4u1G21C20lg20lgu3GH(1)(2)(3)其中C称为定向耦合器的耦合度，u1、u2、u3分别为（1）口输入电压和（2）、（3）口输出电压，可见（2）口和（3）口的输出电压相位差90度，对与3dB定向耦合器（C＝3dB）代入上式得：11Z502G1,HaYaaY01135.32.2主要技术指标YbbY0含量定向耦合器性能的主要技术指标有耦合度、定向性、隔离度、输入电压驻波比和频带宽度。
（1）耦合度C当端口1接信号源，端口2、3、4均接匹配负载时，端口1的输入功率p1与端口2的输出功率p2之比的分贝数为该定向耦合器的耦合度C，则Zb（2）方向性系数D端口2的输出功率p2与端口3的输出功率p3之比的分贝为定向耦合器的方向性系数D，则（3）隔离度I端口1的输入功率p1与端口2的输出功率p3之比的分贝数为该定向耦合器的隔离度I，则（4）输入电压驻波比指定向耦合器直通端口4、反向耦合端口2、隔离端口3都匹配负载时，在输入端口1测量到的驻波系数。
1—30MHz双定向耦合器的设计与制作
图1-1单定向耦合器（左）与双定向耦合器（右）示意图
综上所述，定向耦合器具有两个主要特性：第一，可以用来耦合或分流信号；第二，耦合或分流是有方向性的。
1．3实现方式
要实现定向耦合器的功能：耦合端有信号，隔离端无信号。最基本的思想是使信号从输入端传输到主线输出端的过程中泄露几部分信号，这几部分信号在耦合端相位相同，因此耦合端输出泄露的信号的叠加，而这几部分泄露的信号在隔离端相位相反，因此隔离端的信号相互抵消，没有信号输出。在基本思想不变的情况下，具体实现方式多种多样，下面列举几类典型的实现方法。
(整理)耦合器知识
在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。
实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。
这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析。
目录∙• 定向耦合器∙• 波导双孔定向耦合器∙• 双分支定向耦合器∙• 平行耦合微带定向耦合器∙∙• 隔离器∙∙• 参考资料∙∙• 定向耦合器∙∙• 波导双孔定向耦合器∙• 双分支定向耦合器∙∙∙• 平行耦合微带定向耦合器∙∙• 隔离器∙• 参考资料编辑本段耦合器- 定向耦合器?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。
如图5 - 13 所示。
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。
耦合装置的耦合方式有许多种, 一般有孔、分支线、耦合线等, 形成不同的定向耦合器。
首先介绍定向耦合器的性能指标, 然后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。
1)定向耦合器的性能指标定向耦合器是四端口网络, 端口“①”为输入端, 端口“②”为直通输出端, 端口“③”为耦合输出端, 端口“④”为隔离端, 并设其散射矩阵为［S］。
描述定向耦合器的性能指标有: 耦合度、隔离度、定向度、输入驻波比和工作带宽。
下面分别加以介绍。
2)隔离度?输入端“①”的输入功率P1和隔离端“④”的输出功率P4之比定义为隔离度，记作I。
(3)定向度?耦合端“③”的输出功率P3与隔离端“④”的输出功率P4之比定义为定向度，记作D。
(4) 输入驻波比?端口“②、③、④”都接匹配负载时的输入端口“①”的驻波比定义为输入驻波比，记作ρ。
(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。
编辑本段回目录耦合器- 波导双孔定向耦合器?波导双孔定向耦合器是最简单的波导定向耦合器, 主、副波导通过其公共窄壁上两个相距d=(2n+1)λg0/4 的小孔实现耦合其中，λg0是中心频率所对应的波导波长, n为正整数, 一般取n=0。
耦合器基础知识
• 下面给出微带双分支定向耦合器的设计 公式 。 设耦合端“③”的反射波电压为 |U3r|, 则该耦合器的耦合度为
各线的特性阻抗与| |关系式为
• 分支线定向耦合器的带宽受λg/4 的限制, 一般可做到, 若要求频带 更宽, 可采用多节分支耦合器。
端口“②、 ③、 ④”都接匹 配负载时的输入端口“①”的驻 波比定义为输入驻波比，记作ρ。
(5)
• 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。
B
• 波导双孔定向耦合器是最简单的波导定 向耦合器, 主、副波导通过其公共窄壁上 两个相距d=(2n+1)λg0/4 的小孔实现 耦合其中，λg0是中心频率所对应的波 导波长, n为正整数, 一般取n=0。耦合 孔一般是圆形, 也可以是其它形状。定向 耦合器的结构如下页图
• 定向耦合器的原理图
• 如图是定向耦合器的原理图，其中A、B是主馈电缆的 内导体，在接近内导体里放入一个线圈L3，其中C是L3 和内导体之间的分布电容。当有射频信号送入时，A、 B有电流I 流过，其中E是内外导体间的射频电压，由 于分布电容C的存在，那么内导体中就有一电流通过C、 R1流到外导体，这个电流在R1上将产生一个互感电压 EL3，很明显，a-b两端的输出电压E=ER1+EL3，在制造 中我们适当地选择L3和R1并在调试中改变C和互感系数 M，使得在一个方向上输出电压E为最大值（即使得ER1 和EL3在相位上是相加的），而在另一个方向上E输出 极小极小（即使得ER1和EL3在相位上是相减的），这 样我们就实现了定向耦合的作用，输出电压E通过BG1 检波后送至指示系统，这样我们就可以在指示系统上 读出机器发向天线的实际功率。
功分器、耦合器、电桥、双工器 原理与分析
功分器、耦合器、电桥、双工器原理与分析本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。
1功分器1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。
2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。
功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。
腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换.3）主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。
以下对各项指标进行说明:l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。
此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。
（因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测得与理论值接近的分配损耗）耦合器和三功分器图示分配损耗的理论计算方法:如上图所示。
比如有一个30dBm的信号，转换成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话，每份功率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dBl 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。
插入损耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。
插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝5.3dB-4.8dB=0.5dB.微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为0.1dB左右。
双分支定向耦合器原理
双分支定向耦合器原理
双分支定向耦合器是一种集中式分配无线电频率的器件，其原理是将
信号分为两个分支，在每个分支中通过定向耦合器将一部分信号引出，使
得输入的信号被分配到两个输出口中，并且并不相互干扰，达到实现无线
电频率分配的目的。
具体来说，双分支定向耦合器可以理解为由两个耦合器和两个隔离器
组成的结构。
其中，第一个耦合器将输入信号分为两个分支，而每个分支
中的隔离器会阻止来自另一个分支的信号进入该分支。
这样，就可以确保
在每个输出口上只有来自其对应输入口的信号。
同时，由于隔离器的作用，两个输出口之间不存在电磁干扰问题。
双分支定向耦合器不仅在无线电通信中被广泛应用，而且在计算机网络、光通信等领域也得到了广泛的应用。
它的优点是结构简单、可靠性高、使用方便等。
一种微带双分支定向耦合器及雷达物位测量系统[发明专利]
![一种微带双分支定向耦合器及雷达物位测量系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ba5d77f459f5f61fb7360b4c2e3f5727a5e924ba.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811222931.0(22)申请日 2018.10.19(71)申请人 北京古大仪表有限公司地址 102209 北京市昌平区北七家镇宏福科技园申请人 周雷(72)发明人 周雷 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理有限公司 11262代理人 胡艳华 栗若木(51)Int.Cl.G01F 23/284(2006.01)(54)发明名称一种微带双分支定向耦合器及雷达物位测量系统(57)摘要本文公开了一种微带双分支定向耦合器及雷达物位测量系统。
所述微带双分支定向耦合器包括：主线1，第一分支线2，副线3，第二分支线4、四个端口和四条端口引线；所述主线1、所述第一分支线2、所述副线3和所述第二分支线4顺序首尾相连形成闭合环；所述主线1、所述第一分支线2、所述副线3和所述第二分支线4的长度均为λ/4，λ是所述微带双分支定向耦合器中心频率处波长；每一个端口对应的端口引线与所述闭合环在所述端口处的切线相垂直，且向所述闭合环外延伸。
本文的技术方案能够提高定向耦合器的隔离度以及雷达物位测量系统的测量精度。
权利要求书3页 说明书12页 附图8页CN 109357728 A 2019.02.19C N 109357728A1.一种微带双分支定向耦合器，包括：主线(1)，第一分支线(2)，副线(3)，第二分支线(4)、四个端口和四条端口引线；所述四个端口包括：位于所述主线(1)和所述第二分支线(4)连接处的输入端口(5)、位于所述主线(1)与所述第一分支线(2)连接处的直通端口(6)、位于所述第一分支线(2)与所述副线(3)连接处的耦合端口(7)，和位于所述副线(3)和第二分支线(4)连接处的隔离端口(8)；所述四条端口引线包括：设置在所述输入端口(5)上的输入端口引线(51)，设置在所述直通端口(6)上的直通端口引线(61)，设置在所述耦合端口(7)上的耦合端口引线(71)和设置在所述隔离端口(8)上的隔离端口引线(81)；其特征在于：所述主线(1)、所述第一分支线(2)、所述副线(3)和所述第二分支线(4)顺序首尾相连形成闭合环；所述主线(1)、所述第一分支线(2)、所述副线(3)和所述第二分支线(4)的长度均为λ/4，λ是所述微带双分支定向耦合器中心频率处波长；每一个端口对应的端口引线与所述闭合环在所述端口处的切线相垂直，且向所述闭合环外延伸。
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9、版图仿真：选择任务栏”Layou”的 第一项，在弹出的对话框中点“OK” 得到版图。
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10、根据版图中的尺寸制成PCB板。
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3、在左边无源器件中选择耦合器 “Blcplr”和重要的控键“MSUB”。
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4、修改“MSUB”参数：基板厚度H=0.8mm, 相对介电常数Er=4.3， 金属层厚度T=0.035mm 。 修改耦合器参数：频率F=2GHZ， 耦合度C=6dB
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7、点击耦合器，再点任务栏“向下的 箭头”，可看到耦合器的内部结构。
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8、删除四个端口，在下拉菜单中找到 “Simulation-S_Param”，点“Term” 图标表示的50欧标准阻抗接在四个端 口，再接地。
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此步不做。
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1、新建一个工程，在默认目录下取 名为”coupler”(实验时自己取名）, 并选择原理图中微带线的单位为mm。
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2、在下拉菜单中选择无源器件 “Passive Circuit DG-Microtrip Circuits”
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5、打开无源器件控制窗口，设置仿真 的扫描频率“2010-2030”MHZ，间隔 为100kHZ ，点Simulate开始仿真。
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aLeabharlann 19196、看仿真结果是否符合设计要求。 其中S11为驻波比（<1.5）
S31为耦合度（6±1dB） S41为隔离度（>20dB）