定向耦合器的研究
高方向性超宽带定向耦合器的研究与设计
摘要摘要定向耦合器作为现代通信系统中一种举足轻重的微波/毫米波部件，其本质作用是按照一定的比例对一定频率范围内的信号进行功率分配或者功率合成，并且具有方向性。
定向耦合器从结构上看种类繁多，近几十年来，许多专家学者基于带状线、微带线、同轴线、波导均成功设计出了具有不同优势的定向耦合器。
其中带状线和微带线结构的定向耦合器具有最宽的带宽，而其中带状线定向耦合器由于工作于TEM模式，能实现比微带线定向耦合器更高的方向性。
所以，在功率要求不高的情况下，带状线定向耦合器的应用最为广泛。
定向耦合器的综合方法与相关的设计图表经过几十年来业界中各位专家学者的研究与探索，在理论层面已经较为成熟。
但是其理论公式推导过于复杂，设计图表也并不完善，只涵盖了一些典型的设计数据，无法满足当今工程上的设计需要。
当代通信系统对定向耦合器的带宽比要求不断提高，当定向耦合器的工作频率增高到微波高端甚至毫米波频段时，各个端口的输入驻波比和端口之间的隔离度性能会不断下降，甚至方向性会接近于零以至于失去定向性能。
故为了实现定向耦合器的高方向性与超宽带性能，相关的研究与改进仍不可或缺而且十分迫切。
本文在现有的理论基础上进行推广和创新研究，总结了能够满足实际工程需要的定向耦合器的各类设计方法。
分别研制了对称、非对称、切比雪夫渐变线三类定向耦合器，并就提高方向性指标提出了几种实用的改进方法，通过实测，证明了设计方法的有效性与普遍适用性。
关键词：定向耦合器，带状线，超宽带，高方向性ABSTRACTABSTRACTDirectional coupler can be considered as a kind of microwave / millimeter wave components in modern communication system, it can be used to divide or combine the power of signals within a certain frequency range according to a certain proportion, and has a direction.Directional couplers have many kinds of structures. In recent decades, many experts and scholars have successfully designed the directional couplers of different advantages based on stripline, microstrip line, coaxial line and waveguide. The directional coupler based on stripline and microstrip line has the widest bandwidth, and the stripline directional coupler can get higher directivity than the microstrip directional coupler because of working in TEM mode. Therefore, in the case of low power requirements, the stripline directional coupler is the most widely used.The synthesis method and related design chart of directional couplers have been researched and explored by experts and scholars for decades, and have been mature in theory. But its theoretical formula is too complicated and the design chart is not perfect. It can not meet the needs of engineering design because of covering only some typical design data. The requirement of bandwidth ratio of directional coupler in modern communication system is increasing. When the working frequency of the directional coupler is increased to the microwave or even the millimeter wave frequency band, the isolation and VSWR between each ports will continue to decline, and even close to zero so that the directional performance will be lost. Therefore, in order to achieve high directivity and ultra wideband performance of directional couplers, the related research and improvement are still indispensable and urgent.On the basis of the existing theory, this paper carries on the popularization and the innovation research, and summarizes all kinds of design methods of the directional coupler which can meet the needs of practical engineering. We also developed symmetric and asymmetric, Chebyshev tapered transmission line directional coupler, and improve the directivity index method is proposed to improve. Through several practical test, the validity and applicability of the design method is proved. Keywords: coupler, stripline, ultra-wideband, high-directivity目录第一章绪论 (1)1.1定向耦合器的基本概念及研究意义 (1)1.2定向耦合器的发展趋势与研究现状 (1)1.3 本文的研究目标与研究内容 (3)1.4 本论文的结构安排 (3)第二章耦合带状线的理论分析与综合方法 (5)2.1 带状线的基本结构 (5)2.2带状线的基本特性参数 (5)2.2.1传播常数、相速度、波导波长 (6)2.2.2特性阻抗 (6)2.2.3衰减常数与Q值 (8)2.2.4单模传输条件 (8)2.3耦合带状线的理论分析与设计 (9)2.3.1带状线的奇偶模特性阻抗 (9)2.3.2侧边耦合带状线的设计 (9)2.3.3宽边耦合带状线的设计 (10)2.3.4偏置耦合带状线的设计 (11)第三章定向耦合器的理论分析与综合设计 (14)3.1定向耦合器的网络分析 (14)3.2定向耦合器的技术指标 (15)3.3平行耦合线定向耦合器的分析的设计 (16)3.3.1奇偶模分析法 (16)3.3.2 TEM波耦合线定向耦合器的设计 (21)3.4定向耦合器的定向性与方向性指标 (22)3.4.1方向性的重要性 (22)3.4.2为何会有定向性 (22)3.4.3端口驻波比对方向性的影响 (22)3.4.4提高方向性的方法 (23)第四章n节对称带状线定向耦合器的综合与设计 (25)4.1引言 (25)4.2 n阶对称定向耦合器的理论分析 (25)4.3 n节对称带状线定向耦合器的设计 (28)第五章n节非对称带状线定向耦合器的综合与设计 (35)5.1 引言 (35)5.2 n阶非对称定向耦合器的理论分析 (35)第六章渐变线定向耦合器的综合与设计 (42)6.1引言 (42)6.2 渐变线定向耦合器的理论分析 (42)6.3 渐变线定向耦合器的设计 (44)6.3.1 8-40GHz-10dB定向耦合器的设计实例 (44)6.3.2 13-34GHz-20dB定向耦合器的设计实例 (46)6.3.3 0.5-20GHz-10dB定向耦合器的设计实例 (48)第七章全文总结与展望 (50)7.1 全文总结 (50)7.2 后续工作展望 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录渐变线定向耦合器综合程序 (56)攻读硕士学位期间取得的成果 (58)第一章绪论第一章绪论1.1 定向耦合器的基本概念及研究意义定向耦合器作为现代通信系统中一种举足轻重的微波/毫米波部件，其本质作用是按照一定的比例对一定频率范围内的信号进行功率分配，同时也可以用来进行功率合成。
定向耦合器的原理与应用
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带状线定向耦合器的分析与设计的开题报告
带状线定向耦合器的分析与设计的开题报告1. 研究背景和意义带状线定向耦合器是一种常用的微波器件，它的主要作用是在微波电路中实现信号的定向耦合和功率的分配。
随着微波通信技术的不断发展，带状线定向耦合器在微波器件的应用中越来越重要。
因此，对带状线定向耦合器的分析和设计具有重要的理论和实际意义。
2. 研究目的本次研究旨在深入探究带状线定向耦合器的特性和工作原理，进行模拟仿真和优化设计，通过对其结构和参数的研究，提高其工作效率和性能，以满足实际应用。
3. 研究内容本次研究主要包括以下内容：（1）带状线定向耦合器的基本原理和特性分析；（2）仿真分析，利用软件对其工作效率和性能进行模拟计算，包括S参数、功率分配等方面的测试；（3）优化设计，对其结构和参数进行调整和优化，提高微波器件的性能和可靠性；（4）实验验证，对优化后的带状线定向耦合器进行实验验证，验证理论分析正确性，同时考虑到实际应用，对其稳定性和使用寿命等方面进行测试。
4. 研究方法本研究将采用理论分析、仿真计算和实验验证相结合的方法。
（1）理论分析：利用微波电路的基本原理和计算方法，对带状线定向耦合器进行理论分析和建模。
（2）仿真计算：应用仿真软件对带状线定向耦合器进行模拟计算，得到其S参数、功率分配等性能指标。
（3）优化设计：根据模拟计算的结果，对带状线定向耦合器的结构和参数进行优化设计。
（4）实验验证：对优化后的带状线定向耦合器进行实验验证，验证理论分析正确性，同时考虑到实际应用，对其稳定性和使用寿命等方面进行测试。
5. 预期结果通过本次研究，预期能够深入了解带状线定向耦合器的工作原理和特性，对其进行理论分析和建模，并通过仿真计算和优化设计，提高带状线定向耦合器的工作效率和性能，进一步提高微波通信系统的运作效率和稳定性，为实际应用提供一定的理论和技术支持。
定向耦合器论文
定向耦合器论文定向耦合器论文定向耦合器在射频电路中有着重要作用，既可作分支器件及功率检测部件，又可作为放大器的反馈元件。
本文在介绍了课题背景的基础上，首先简要阐述了定向耦合器的基本原理、种类以及相关应用。
接着又具体介绍了几种定向耦合器的原理，包括波导双孔、双分支、平行耦合微带和隔离器。
最后放眼国内外的研究现状，从而对本课题的方向有了较好的把握。
电路的设计部分是实物制作的基础，设计电路时首先要对多个电路方案进行对比分析，找出实际最容易制作而性能最佳的方案，最终我们选择了集中参数形式的并联耦合电路。
其次要注意材料的选取，在第三章中我们着重讨论了磁芯的种类、作用和特性参数，从理论上分析了各种磁芯可能对耦合器产生的影响。
在实物制作阶段，我们分别选取了大小磁环来制作多个耦合器，并利用网分测量每一个的耦合度和隔离度，经过多次调试选出其中性能最好的。
然后用这个达到要求指标的定向耦合器进行功率测试，最后对数据进行分析得出结论。
关键词：定向耦合器原理电路磁芯功率测试AbstractDirectional coupler in the RF circuit has an important role, both as a branch of the device and the power detection unit, but also as an amplifier of the feedback element.This paper introduces the topic on the basis of background, briefly describes the basic principles of the directional coupler, types, and related applications. Then he describes several specific principle of the directional coupler, including waveguide holes, two branches in parallel coupledmicrostrip and isolators. Finally Looking research status, and thus the direction of this project have a better grasp.Circuit design part is the basis of physical production, first when designing circuits for multiple circuit schemes were analyzed to identify the most easy to make and the actual performance of the best solution weultimately chose lumped parameter circuit coupled in parallel form. Second, we must pay attention to the selection of materials, in the third chapter, we focused on the core types, functions and parameters, from the theoretical analysis of various cores may impact on the coupler.In-kind production stage, we were selected to produce a plurality of ring size coupler, and use a network of measuring the degree of coupling each and isolation, after several debugging elect one of the best performance. And then use this to achieve the required targets directional coupler for power testing, the final conclusions drawn from the analysis of the data.Keywords: directional couplers principle circuit core power test摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1课题背景和研究意义 (1)1.2定向耦合器的种类和应用 (1)1.3几种定向耦合器的实现方式 (3)1.4研究现状 (7)2方案选择 (8)2.1定向耦合器的原理 (8)2.2耦合方式 (11)2.3匝数的选择 (13)2.4磁环大小的影响 (18)3传输线变压器 (19)3.1传输线变压器的构成 (19)3.2磁芯 (20)4定向耦合器的制作与功率特性的测量 (24)4.1定向耦合器的制作 (24)4.2大功率特性的测量 (25)5.结论与总结 (28)致谢 (30)参考文献 (31)1.1课题背景和研究意义定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的定向耦合器比例进行功率分配。
定向耦合器的研究
定向耦合器的研究定向耦合器的研究——几种微带定向耦合器结构与分析摘要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。
现在国内外研究定向耦合器都向体积小、功率容量大、频带宽、插入损耗小，有良好的驻波比和方向性等发展。
如今已研制出的高性能的耦合器，如中国电子科技集团公司第四十一研究所研制的耦合器，频率范围可从30kHz达到110GHz，耦合度也有3dB、10dB、20dB各种型号，且它的功率有的可以达到10KW，例如AV70606耦合器，它在保证方向性大于30dB的情况下，功率就可达到10KW。
甚至有些公司在耦合度控制在10dB的情况下，它的回波损耗可以低于-50到-60dB，甚至更低。
然而在某些特性场合，对耦合器的要求也是越来越高，因而更加优良的耦合器也有待我们去研究。
关键词: 传输线；微带线；定向耦合器；耦合度；奇模；偶模1引言在一些电桥及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向祸合器分支线电桥或定向藕合器由两根平行传输线所组成，通过一些分支线实现拐合它们在中心频率上分支线的长度及其间的间隔全都是四分之一波长。
由于徽带线分支定向祸合器在结构和加工制造方面都比波导和同轴线简便得多，因此在徽带电路，分支线电桥和定向祸合器得到了较多的应用。
随着定向耦合器技术的发展，它应用到了更多更广泛的领域当中去，例如相控阵雷达等，越来越多的人开始关注这项技术，这更使定向耦合器得到了长足发展，随着时间的推移它在电子技术领域占到了越来越重要的地位。
2 微带定向耦合器的种类微带定向耦合器的种类有很多，例如：平行耦合微带线定向耦合器、微波3dB 微带双分支定向耦合器、宽带微带定向耦合器等。
2.1 平行耦合微带线定向耦合器图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。
当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。
微波实验 定向耦合器
实验六定向耦合器特性的测量及应用目的：研究定向耦合器的特性及其应用。
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器件，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为本实验所用的十字定向耦合器，耦合器中端口之一终端接一内装的匹配负载。
主线副线图1（一）定向耦合器的主要特性参量有二：为了便于解释耦合度和方向性，画出了定向耦合器传输示意图（图3），图中P1、P2分别为主线输入、输出功率；PF3为副线中正向输出功率，PR3为副线中反向输出功率。
（1）耦合度（或过度衰减）C如图31243主线副线图3P3F 1243主线副线P1P23RP P1P21（a ）所示，主线输入功率P 1，与副线中正向输出功率P F 3之比，称为定向耦合的耦合度，若以分贝（db ）表示则：C=10logFP P 31(db) （6.1） （2）方向性D如图3所示，副线中正向输出功率P F 3与反向输出功率P R 3之比称为定向耦合器的方向性，若以分贝表示，则:D=logRFP P 33(db) （6.2） 有时，反映定向程度的指标也用隔离度D ’来表示。
隔离度表示主线输入功率P 与副线反向输出功率之比，即D=10logRP P 31(db) （6.3） 由式子（2）D=10logR F P P 33=10log R P P31=D ’-C （6.4） 从上可知，定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差，理想的定向耦合器的方向性D →∞;也就是说，当各端均匹配端接时，若功率从主线端“1”输入，则副线仅端“3”有输出，而端“4”无输出；即端“1”与端“4”彼此隔离；端“2”与端“3”彼此隔离，实际的定向耦合器隔离端的耦合隔离的理想器件。
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]。
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)
定向耦合器分析
ANSYS教学算例集定向耦合器分析撰写：审核：校对：2018年06月12日目录关键字：HFSS，定向耦合器，仿真，参数扫描，优化1．摘要 (1)2．研究内容 (1)3．操作步骤 (1)3.1 新建工程 (1)3.2设置解决方案类型 (1)3.3 建模 (2)3.4 设置求解 (13)4．查看S参数 (15)5．结果和讨论 (16)1. 摘要近年来随着通信事业的快速发展，受人们关注的是小型化分支线定向耦合器技术，虽然其他产业也相应的发展起来的，但是对微波电路集成度的要求还是会随着通信体制的提升而提高。
小型化定向耦合器的研究也日益活跃，小型化定向耦合器成为一个重要的分支在定向耦合器应用技术研究领域里。
人们总是希望微波定向耦合器的频带宽,使用的性能好,所占的体积小。
但是研制整个通频带范围内的定向耦合器,由于工艺等各种原因,目前几乎是不可能实现的事情。
因此,人们在研制微波定向耦合器时,往往有宽频带平行线定向耦合器、高分配比定向耦合器及对上述各种定向耦合器的小型化等等。
由于定向耦合器在微波系统中有极其重要的作用,所以,研制高性能指标的定向耦合器已经成为微波系统设计中的核技术之一。
2. 研究内容这个例子介绍如何在HFSS设计环境下创建、仿真、分析一个微带耦合器。
首先，计算主线和支线宽度，然后输出和输入端连接线宽度相等。
选定微带板就确定了微带线的介质介电常数和厚度的大小。
3. 操作步骤3.1 新建工程打开ANSYS仿真软件，单击或者【Project】>【Insert HFSS Design】。
并点击或者【File】>【Save As…】保存文件，注意文件名和保存路径不能出现中文。
3.2设置解决方案类型1．选择菜单中的HFSS>解决方案类型（Solution Type）2．解决方案类型窗口：1）选择模式驱动（Modal Terminal）2）点击OK按钮。
3.3 建模3.3.1设置模型的单位1．选择菜单中的Modeler>单位Units2．设置模型单位：1）选择单位：毫米（mm）2）点击OK按钮3.3.2 添加参数选择【HFSS】>【Design Properties】，点击Add添加下列参数。
实验三定向耦合器
南京邮电大学实验报告实验名称：_____传输线参数（特征阻抗）的分析与综合威尔金森功分器设计____________定向耦合器（90/180°均可） _无源滤波器设计 ____ 课程名称: 微波技术EDA姓名：____赵玉蓉_____学号：___B10020504___小组成员：韩倩（B10020404）丁耀慧（B10020501）开课时间 2012 /2013 学年，第 2 学期实验三 定向耦合器一：实验名称：定向耦合器（90/180°均可）二：实验目的1. 了解微波EDA 软件的类型和用途；2. 掌握ADS 软件并进行定向耦合器的建模，仿真，优化和调试等任务；3. 了解微波电路仿真软件IE3d 的应用范围和使用方法；4. 分析ADS 中有耗传输线和无耗传输线仿真的异同；5. 分析ADS Momentum 和IE3d 建模结果的异同。
三：实验原理在射频微波电路中，经常用到多端口网络，分支定向耦合器是最常用的多端口网络，它在电路中起到了十分重要的作用，它能够在固定的参考相位的条件下，分开和组合射频微博端口。
（一）、定向耦合器的基本功能和参数指标定向耦合器是一个4端口网络，它有输入端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，分别对应图中的1、2、3、4端口：1 243 定向耦合器定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度、定向性、输入驻波比及工作带宽等，下面介绍上述各指标。
1、 耦合度耦合度C 定义为输入端口的输入功率P1和耦合端口P3之比的分贝数，耦合度C 表示为： 1210lg ()P C dB P = 引入网络散射参量，耦合度又可以表示为：±±11233113/2110lg 10lg 20lg ()/2i ilU P C dB P S S U ===耦合度的分贝数越大耦合越弱，通常把耦合度为0dB~10dB 的定向耦合器称为强耦合定向耦合器，把耦合度为10dB~20dB 的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器，把耦合度大于20dB 的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
实验报告模版9(定向耦合器)
华南理工大学实验报告课程名称射频电路与天线实验电子与信息学院信息工程专业 3 班姓名学号实验名称定向耦合器实验日期指导教师一．实验目的（1）了解定向耦合器的原理及基本测量方法（2）实际测量实验模块，学会用频谱分析仪器测量定性啊耦合器的参数二．实验内容测量耦合器的耦合度、方向性等参数三．实验步骤（1）把AT5011设置为最大衰减量（40dB衰减器全部按下）和最宽扫频范围（1000MHz）。
（2）本实验提供的定线耦合器模块为反定向耦合器，1端口为输入端口，3端口为耦合端口，4端口为隔离端口。
隔离端口P4在内部接一匹配负载，将此端口的能量吸收。
因此本模块只有三个外端口。
首先将频谱分析仪的输入端和输出端用电缆连接，记录直通时跟踪源输出的功率幅度P1。
必要时调节衰减量大小。
但测量过程中不能改变跟踪发生器的输出。
（3）按照图9-5连接实验模块。
P3端口接匹配负载，测量定向耦合器的主线幅度P2。
定向耦合器的插入损耗为：L=P1(dB)-P2(dB)图9-5 测量10dB定向耦合器的主线幅度P2（4）按图9-6连接实验模块。
测量定向耦合器的耦合端输出幅度P3，定向耦合器的耦合度为C=P1(dB)-P3(dB)图9-6 测量10dB定性啊耦合器的耦合端输出幅度P3（5）按图9-7将定向耦合器倒接，这是由P2作为输入端口，P3则变为隔离端口，测量幅度为P4，定向耦合器的隔离度为I=P1-P4，方向性为D=P3-P4。
四．实验数据记录将实验结果录入下表，写出耦合度、隔离度、方向性等参数的计算公式，并计算出最终结果。
计算公式：表9-1五．实验总结。
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。
实验八定向耦合器特性测量实验
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◦
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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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7Leabharlann 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。
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：
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。
脊波导定向耦合器的设计与研究的开题报告
脊波导定向耦合器的设计与研究的开题报告一、选题背景随着通信技术的不断发展，微波技术得到大力推广和应用，对于微波传输的要求越来越高。
在微波传输过程中，常常需要将微波能量耦合到其他输出接口或者将输入信号中的微波能的能量分配到不同的接口。
传统的耦合器或者分配器在实际应用中往往会出现性能下降或者信号误差等问题。
因此，设计一个性能稳定的微波耦合器或者分配器对于微波技术的应用非常重要。
脊波导定向耦合器作为一种新型的微波耦合器，具有耦合效率高、稳定性好、频率带宽宽等特点，受到了广泛的关注和应用。
因此，本文选取脊波导定向耦合器的设计与研究作为研究课题，以期能够对微波耦合器或分配器的设计和性能有更深层次的认识和理解。
二、研究内容和目标本研究的主要内容和目标包括：1. 研究脊波导定向耦合器的原理，深入理解其耦合机制和性能特点，掌握其设计步骤；2. 通过理论仿真和实验验证的方法，研究脊波导定向耦合器的耦合效率、带宽、匹配度等性能指标；3. 优化脊波导定向耦合器的设计，提高其性能指标，让其更适用于微波系统耦合和分配领域；4. 总结脊波导定向耦合器设计和优化的经验和方法，对于其他微波耦合器或分配器的研究和设计提供参考。
三、研究方法和进度安排本研究将采用理论仿真和实验验证相结合的方法进行。
首先，通过相关文献和资料的查阅和学习，深入理解脊波导定向耦合器的原理和设计步骤；其次，采用Ansoft HFSS等软件进行模拟仿真，分析脊波导定向耦合器的耦合效率、带宽、匹配度等性能指标，优化其设计；最后，将优化后的脊波导定向耦合器进行实验验证，验证仿真结果的正确性并得到性能表现的具体数据。
具体的进度安排如下：第一阶段：通过文献查阅和学习深入理解脊波导定向耦合器的原理和设计步骤。
预计用时2周；第二阶段：层层递进，利用Ansoft HFSS等软件进行模拟仿真，分析脊波导定向耦合器的耦合效率、带宽、匹配度等性能指标，并进行初步优化。
预计用时4周；第三阶段：采用FDTD方法对改进后的设计进行优化，并进行实验验证，得到具体的性能表现数据。
定向耦合器
请注意这里定义的分贝耦合度大于odB,数字愈大则意味着耦合愈松，即进入 端口3的功率愈少。实用中，最紧的耦合为3dB，否则只需要将主波导输出臂作耦 合臂即可。 （2）定向性D 在一般文献中，对定向性的定义论述得不够严谨、深入。本讲义将提出三 种不同的定向往定义，供实用时参考。 第一种，称为理论定向性定义Dr 它定义为在各端口均接匹配负载时，端口1输入功率情况下，端口3的耦合功 率P3与端口4的耦合功率P4之比，再取101og。即
（
1 max
2 min
显然这时所测的，定向性Dp也有一个范围，即
(
ห้องสมุดไป่ตู้
3) 输入驻波比的测量 输入驻波比 ρ ，采用下图测试系统。当
ρ 很小时，也可采用滑动负载法
ρ
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 Γg ，测定电源工作频率f。 2．调配功率计，使等效 ΓL 尽量小。 3，按图22一4系统测定分贝耦合度C。 C＝ A1 − 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| kΓL | 大小判别进 ' 行计算。在我们的情况下按
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
(dB) C = 10 log 1 = 20 log 1 = 20 log P a2 s 31 3
ΓL 4 C D = δ+ 1 − δΓL 4
'2
小型化四端口与八端口定向耦合器的研究与设计
目录中文摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................................. I I 第一章绪论 . (1)1.1 课题研究的背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 传统微带定向耦合器的研究现状 (1)1.2.2 贴片耦合器的研究现状 (7)1.2.3 八端口定向耦合器的研究现状 (10)1.3 本文研究的内容 (12)1.4 本文的主要贡献 (12)第二章定向耦合器基本理论 (14)2.1 引言 (14)2.2 定向耦合器的基本知识理论 (14)2.3 定向耦合器的分析方法 (15)2.4 定向耦合器性能与参数 (20)第三章小型矩形贴片耦合器的研究与设计 (23)3.1 引言 (23)3.2 小型矩形贴片耦合器 (23)3.2.1 3-dB耦合器的结构 (23)3.2.2 3-dB耦合器的参数分析 (24)3.2.3 3-dB耦合器的仿真结果分析 (25)3.2.4 6.7 dB耦合器 (25)3.3 具有可调相位差的小型矩形贴片耦合器 (26)3.3.1 耦合器的结构和阻抗分析 (27)3.3.2 耦合器的参数分析 (29)3.3.3 耦合器的仿真结果分析 (30)3.4 本章小结 (32)第四章小型化宽带八端口定向耦合器的研究与设计 (33)4.1 引言 (33)4.2 八端口定向耦合器的结构 (33)4.3 八端口耦合器的理论分析 (35)4.4八端口定向耦合器参数分析和结果 (38)4.4.1 四单元八端口耦合器 (38)4.4.2六单元八端口耦合器 (40)4.4.3 六单元八端口定向耦合器测试结果 (42)4.5 本章小结 (44)第五章总结与展望 (45)参考文献 (47)攻读学位期间取得的研究成果 (52)致谢 (53)个人简况及联系方式 (54)承诺书 (55)学位论文使用授权说明 (56)ContentsChinese Abstract (I)ABSTRACT ........................................................................................................................ I I Chapter 1 Introduction (1)1.1 Background and Significance of the Study (1)1.2 Research Status at Home and Abroad (1)1.2.1 Research Status of Traditional Microstrip Directional Couplers (1)1.2.2 Research Status of Patch Couplers (7)1.2.3 Research Status of Eight-Port Directional Coupler (10)1.3 Research Content (12)1.4 Main Contributions (12)Chapter 2 Basic Theory of Directional coupler (14)2.1 Introduction (14)2.2 Basic Theory Knowledge of Directional Coupler (14)2.3 Analysis of Directional Coupler (15)2.4 Performance of Directional Coupler (20)Chapter 3 Research and Design of Small Rectangular SMD Coupler (23)3.1 Introduction (23)3.2 Miniaturized Rectangular Patch Coupler (23)3.2.1 Structure of 3-dB Coupler (23)3.2.2 Parameter Analysis of 3-dB Coupler (24)3.2.3 Simulation Results of 3-dB Coupler (25)3.2.4 6.7 dB Coupler (25)3.3Miniaturized rectangular patch coupler with adjustable phase (26)3.3.1 Structure of Coupler and Impedance (27)3.3.2 Parameter Analysis Coupler (29)3.3.3 Results Analysis of Rectangular Patch Coupler (30)3.4 Summary (32)Chapter 4Research and Design Miniaturized Broadband Eight-port Directional Coupler (33)4.1 Introduction (33)4.2 Structure of Eight-port Directional Coupler (33)4.3 Theoretical Analysis of Eight-port Directional Coupler (35)4.4 Parameter Analysis and Results of Eight-port Coupler (38)4.4.1 Four Unit Eight-port Coupler (38)4.4.2 Six Unit Eight-port Coupler (40)4.4.3 Measure Results of Six Unit Eight-port Coupler (42)4.5 Summary (44)Chapter 5 Summary and Prospect (45)Reference (47)Research Achievements During the Master Period (52)Acknowledgment (53)Personal Profiles (54)Letter of commitment (55)Authorization statement (56)中文摘要近年来随着无线通信的快速发展，高性能微波组件，包括耦合器，功率分配器，滤波器和无线RFID系统，在无线通信系统中发挥着重要作用。
宽带平面结构定向耦合器设计研究的开题报告
宽带平面结构定向耦合器设计研究的开题报告一、选题背景随着信息通信技术的不断发展，宽带无线通信系统被广泛应用于各个领域，而定向耦合器则是宽带无线通信系统中不可或缺的一个重要组件。
宽带平面结构定向耦合器具有结构紧凑、方便集成、低损耗等优点，因此被广泛用于各种无线通信系统中。
为了满足不同应用场合对宽带平面结构定向耦合器的设计需求，需要对其设计原理和优化方法进行研究和探讨。
二、选题意义开展宽带平面结构定向耦合器设计研究，可以深入探究宽带无线通信系统中的关键技术问题，有助于提高通信系统的性能指标和工程应用效果。
另外，掌握宽带平面结构定向耦合器的设计原理和优化方法，可以为相关领域的研究人员提供参考和借鉴，推动相关技术的进一步发展和应用。
三、研究内容本研究的主要内容包括以下几个方面：1. 宽带平面结构定向耦合器的设计原理和工作机制；2. 不同类型的宽带平面结构定向耦合器的设计方法和优化技术；3. 宽带平面结构定向耦合器在实际应用中的优化和性能测试；4. 宽带平面结构定向耦合器的制作工艺和技术要点。
四、研究方案1. 宽带平面结构定向耦合器的设计原理和工作机制：通过文献调研和理论分析，深入探讨宽带平面结构定向耦合器的基本结构、工作原理以及信号在器件中的传输机理等问题。
2. 不同类型的宽带平面结构定向耦合器的设计方法和优化技术：针对不同类型的宽带平面结构定向耦合器，基于理论分析和仿真模拟，探究其设计方法和优化技术，为指导实际制作提供理论支持。
3. 宽带平面结构定向耦合器在实际应用中的优化和性能测试：结合实际应用场景，对所设计的宽带平面结构定向耦合器进行测试和优化，同时评估其性能指标，为后续应用提供可靠保障。
4. 宽带平面结构定向耦合器的制作工艺和技术要点：基于实验平台，探究制作宽带平面结构定向耦合器的工艺流程和技术要点，保证器件的制作质量。
五、预期成果通过本研究，预期可以获得以下成果：1. 深入掌握宽带平面结构定向耦合器的设计原理和工作机制；2. 研究不同类型的宽带平面结构定向耦合器的设计方法和优化技术；3. 对宽带平面结构定向耦合器在实际应用中的优化和性能测试进行评估；4. 掌握宽带平面结构定向耦合器的制作工艺和技术要点；5. 发表科研论文2~3篇。
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定向耦合器的研究
几种定向耦合器结构与分析
班级 XXXXXXXXXXXXXXXX
学号 XXXXXXXXXXX
姓名 XXXXXX
功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。
一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
也叫过流分配器，分有源，无源两种，可平均分配一路信号变为几路输出，一般每分一路都有几dB的衰减，信号频率不同，分配器不同衰减也不同，为了补偿衰减，在其中加了放大器后做出了无源功分器。
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配，所以它是一种具有方向性的功率分配器。
定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。
由于微带线具有平面电路结构，用其做成的定向耦合器往往比波导型的立体结构简单的多，故在微波集成电路中获得广泛应用。
下面我们将来研究几种微带定向耦合器。
微带分支线定向耦合器
微带分支线定向耦合器由两根平行导带组成，通过一些分支导带实现耦合。
分支导带的长度及其间隔均为1/4线上的波长，其结构示意图如下图所示，其分支数可为两分支或更多。
所谓电桥是一种将功率平分耦合的定向耦合器的特称，即3dB定向耦合器。
下面着重分析二分支的情况。
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。
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：
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：
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
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。
（5）频带宽度频带宽度是指当耦合度及输入驻波比都满足指标要求时定向耦合器的工作频带宽度。
对于一个理想的定向耦合起器，p3=0，S31=0，I趋向于无穷大。
微带环形定向耦合器
微带环形定向耦合器，又称微带环形电桥，如下图所示，其各引出臂的归一化特性导纳
为1，环形导带分为四段，它们的归一化特性导纳分别为H
1和H
2
.这种微带环形定向耦合器上
下结构是对称的，但左右结构不再对称，故其散射矩阵可写为
整个环的周长为1.5λg，四个分支线并联在环上，将环分为4段，4段长度如图所示，λg为混合环波长。
混合环有两个端口相互隔离，另外两个端口平分输入功率的特性，因此可以看作是一个3dB定向耦合器。
当端口1输入信号时，到达端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后90度；达到端口3的两路信号等幅反相，端口3无输出；达到端口4的两路信号等幅同相，端口4有输出，相位滞后90度。
其中端口2和端口4输出振幅相同。
因此，有
端口2输入信号时，到达端口1的两路信号等幅同相，端口1有输出，相位滞后90度；到达端口3的两路信号等幅同相，端口3有输出，相位滞后70度；到达端口4的两路信号等幅反相，端口4无输出。
其中端口1和端口3输出振幅相同。
因此有
当端口3输入信号时，到达端口1 的两路信号等幅反相，端口1无输出；到达端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后270度；到达端口4的两路信号等幅同相，端口4有输出，相位滞后90度。
其中端口2和端口4输出振幅相同。
因此，有
当端口4输入信号时，到达端口1的两路信号等幅同相，端口1有输出，相位滞后90度；到达端口2的两路信号等幅反相，端口2无输出；到达端口3的两路信号等幅同相，端口3有输出，相位滞后90度。
其中端口1和端口3输出振幅相同。
因此，有
在理想的情况下，它的四个端口完全匹配。
平行耦合线定向耦合器
如下图所示，它由等宽的耦合线段组成，其耦合线的长度是中心波长的1/4，各个等宽均接匹配负载。
当信号从端口①输入时，出来向端口②传输外，通过两线之间的电磁耦合，还会向端口③和④传输。
由于电场耦合在副线中向端口③和④反向产生的电压是等幅同相的，而磁场耦合在副线中向端口③和④反向产生的电压时等幅反相的，因此，副线中端口③处的电压是同
相叠加而又信号输出，而副线中端口④处的电压时反向而抵消的。
在理想情况下，端口④无输出，可达到理想隔离。
端口②和③的输出信号相位差为90度，故又称为90度反向定向耦合器。
它的耦合系数为
为50Ω，匹配条件（理想输入匹配条件）为
当系统阻抗Z
因此，对于给定的耦合系统C，设计等式为
平行耦合线定向耦合器常用两种形式。
TEM型和分布参数型。
TEM线定向耦合器
当支持纯TEM模传播的两个同轴线的内导体互相靠近是，电磁能量就从一条线耦合到另一条线，这一特性就产生了一类宽带平面定向耦合器。
大多数这样的耦合器采用支持纯TEM 或准TEM模的带状线或微带传输线。
平面TEM传输线定向耦合器即可以采用窄边耦合，也可以采用宽边耦合。
一般而言，哦耦合的TEM线支持相互作用产生耦合的两种模式：偶模和奇模。
TEM线定向耦合器是一个四端口网络，如下图所示
根据叠加原理，可以得到偶模和奇模的反射和传输系数。
式中传输矩阵为
性能分析：
对于平行耦合微带定向耦合器，耦合度为15dB时，其方向性，定向性都远远小于平行耦合带状线定向耦合器较差。
原因在于，对于平行耦合器微带线定耦合器，七天冲的是含有空气和戒指的混合介质系统，奇模和偶模的像素不相等，导致定向性变坏，这是导致定向性差的根本原因。
对于平行耦合线定向耦合器，耦合度为15dB时的方向性大于耦合度为30dB时方向性。
这就说明耦合度越大，耦合越弱，耦合端输出越小，隔离断输出越大，定向性越差。
耦合器的耦合度的绝对值随频率的变化而有所波动。
这是因为耦合度C本身是与频率相关的参数，随着频率的改变，C就会随之变化。
总结
我们在本文中对几种定向耦合器进行了研究，明白了它们的结构并对其进行分析。
知道不同结构的耦合器，有着不同的特性与功效，运用在不同的地方。
随着技术的改进，耦合器也一定会随之继续发展更多的种类，性能更加完备。