定向耦合器

b3 b4
20log s31 (dB) s 41
在理想定向耦合器中，定向性应为无穷大。我们注意到对于实际的定向耦合器， 由于端日4接有负载，因此（22一2）式定义的定向性往往无法加以实测。为了解 决这一矛盾，我们引出另一种定向性定义。
第二种，称为测量定向性定义Dm
它定义为：在各端口匹配情况下，端口1输入时，端口3的耦合功率 P31 和端口2
是无耗四端口网络的散射参数。
导出了Dp的关系为：
DP
20 log
D'
1 KL4
式中
D'
DM
10 20
如果网络的端口1和端口2互相对称；端口3和端口4互相对称，则存在对称算子 F
0 1 0 0
F 1 0 0 0
0 0 0 1 0 0 1 0
根据对称算子【F】的性质，有
可知
s 23 s 41 s32
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＝ A1 A2
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
D
' p
kL
C＝A1－A2
(22-12)
我们注意到，在一般情况下，端接负载不完全匹配对分贝耦合度C的测量影响很
小。有些文献喜欢用电压耦合系数 C ' ，它们之间关系是
C'
c
10 20
（2）实际器件定向性Dp的测量 图22-5表示实际器件定向性的测试系统。与分贝耦合度不同，这里主波导终端 所接的是滑动匹配负载。在正向运用时，滑动匹配负载对P0毫无影响；而在反向 运用时，滑运匹配负载的不同位置，对P0影响很大，为了保持P0不变，即衰减器
（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
Dr
10 log
P3 P4
20 log
SF FS
在这一条件下,（22一2）式和（22一0）式完全相等。也就是说：在对称定向耦合
器条件下，理论定向性Dr和测量定向性Dm相等。
至于Dm和Dp的关系则更为明显：在端口4所接负载L4＝0的条件下Dm和Dr相
同。很自然还能进一步推论：若对称定向耦合器在端口4所接负载 论定向性Dr和实际器件定向性相同。
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
C
10 log
P1 P3
20 log
a1 a2
20log 1 dB
s 31
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。
定向耦合器研究
一、实验目的和要求
本实验要求学会测量定向耦合器的主要参数：分贝耦合度C,定向性D和输入驻 波比ρ.同时从理论上了解几种实际的定向性概念，以及与定向性有关的一些因素 。
二、实验原理
1， 定向耦合器的主要参数 图22－1表示一波导定向耦合器。它共有四个端口。1一2代表主波导通道，3一
4代表副波导通道。定向耦合器的主要特性表现在从1端口输入的主波导功率除直 接由2端口输出，还可以通过孔耦台由3端口输出。由于高定向性，4端口几乎没 有功率输出。同样，如果由2端口输入则可耦合至4端口，但几乎与3端口隔离。 常用的定向耦合器一般在4端口接有良好匹配的负载Гl，于是真正对外工作的端 口便只有三个。如果在端口1输入时，这时称定向耦合器为正向运用；反之，若 端口2输入时，则称之为反向运用。
5．按图22－8系统测定输入驻波比 。
可能在某一范围内变化，从 A1m ax 变化到 A 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
输入时端口3的耦合功率P32 之比，再取10log, 即
DM
10
log
P31 P32
20 log
s31 dB
s32
ห้องสมุดไป่ตู้
具体参见图22-2。很显然，测量定向性Dm定义是在端口4所接负载 匹配情况下取得的.
L4
＝0，即全
大家知道，实际上任何定向耦合器不管其做得如何理想，其端口4的负载L4 不可
能为零。所以又引出另一种定向性定义。
L4
＝0，则理
实用上，由于端口3一般为弯口波导，且 L4 0，所以Dr、Dm、Dp，三者是
不同的。而要衡量定向耦合器性能的，恰好就是实际器件的定向性Dp，这正是我
们所要测量的
（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 0L，4 所以严格说来（22一9）式中的是端口4接了 的有L4耗三端口
第三种，称为实际器件的定向性.D P
个它 三端定口义为网在络定的S向31耦与合S3器2 模端之口比4接，有再取L24 0情1o况g，下即，器件对外显示为三端口网络。这
DP
20 log s 31 s 32
(dB)
需要特别注意的（22一4）式不计（22一3）式尽管形式相同，但含义却是根本
不同的。（22一4）式的参数是有耗三端口网络的散射参数，而（22一3）式则
网络的 ，S它11 与原四端口网络 S 参数的关系已由附录4-1给出
s11
L4C'2 D'2 1 L4
由于 是原四端口网络的 ，S显11 见两者在
离度较大，即上式中
D0' ，因此
0L情4 况 下不相等，但实际上由于隔
S11
2，测量基本原理 （1）分贝耦合度C的测量 分贝耪合度C的测量系统见图22－4所示。采用衰减法可知