定向耦合器

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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。

定向耦合的主要技术指标是耦合度C（分贝）、定向性D（分贝）和工作频带，其中

C＝-20lg|s14| (dB)

D＝20lg|s14/s13| (dB)

理想定向耦合器的散射矩阵为

两个输出信号有90°的相位差。

上述双孔或双分支线耦合的单节定向耦合器工作频带较窄。若采用多孔或多分支线耦合结构的多节定向耦合器（几个单节的级联），可借助综合设计方法展宽工作频带。

在很多高频发射设备中，常在末级功放至发射天线的通路中插入一个定向耦合器来测量发射设备的发射功率或测量天线的反射功率，下面我介绍一下这种定向耦合器的工作原理。

如图X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。

定向耦合器 directional coupler 图片：

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dingxiang ouheqi

定向耦合器(卷名：电子学与计算机)

directional coupler

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。

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）。

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sii(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。

定向耦合的主要技术指标是耦合度C（分贝）、定向性D（分贝）和工作频带，其中

C＝-20lg|s14| (dB)

D＝20lg|s14/s13| (dB)

理想定向耦合器的散射矩阵为

两个输出信号有90°的相位差。

上述双孔或双分支线耦合的单节定向耦合器工作频带较窄。若采用多孔或多分支线耦合结构的多节定向耦合器（几个单节的级联），可借助综合设计方法展宽工作频带。

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。

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。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。

在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论，Cohn和Levy等人也做了很多贡献。