定向耦合器基础知识PPT演示文稿
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《耦合器基础知识》课件
测试方法与步骤
信号源设置
根据测试需求设置信号源的频 率、功率等参数。
测试执行
启动信号源，观察接收设备的 响应，记录相关数据。
测试准备
检查所有设备和工具是否正常 工作，确保测试前的系统连接 无误。
耦合器连接
将耦合器连接到信号源和接收 设备之间，确保连接稳定可靠 。
数据处理与分析
对采集到的数据进行处理、分 析和解读，以评估耦合器的性 能。
与展望
新材料的应用
碳纤维材料
碳纤维具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，可应用于 耦合器的制造，提高其性能和寿命。
高分子材料
高分子材料具有优良的绝缘性能和化学稳定性，可用于 制造高频、高温等特殊环境下的耦合器。
新工艺的探索
3D打印技术
利用3D打印技术可实现耦合器的快速原型制造和个性化定制，提高生产效率和灵活性。
制图软件
如AutoCAD、SolidWorks等，用于绘制耦合器的机 械结构。
数学计算软件
如MATLAB、Excel等，用于进行理论计算和数据处 理。
设计实例分析
实例一
设计一个用于无线通信系统的定向耦合器，要求传输功率为100W，频率范围为 2.4GHz，耦合度为30dB。通过理论计算和仿真验证，最终实现了一个性能稳定的定向
表面处理技术
通过表面处理技术，如镀膜、喷涂等，可改善耦合器的表面性能，提高其导电、导热和耐磨性能。
新应用领域的拓展
物联网领域
随着物联网技术的发展，耦合器在无线通信、传感器网络等领域的应用将得到拓展。
新能源领域
在新能源领域，如太阳能、风能等，耦合器可用于能量转换和传输，提高能源利用效率。
THANKS.
详细描述
《耦合器基础知识》幻灯片
定向耦合器
• 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 网络理论进展分析。
• 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。
• 同样由A→C的两路信号为同相信号, 故 在端口“③〞有耦合输出信号, 即端口 “③〞为耦合端。耦合端输出信号的大 小同样取决于各线的特性阻抗。
• 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|, 那么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, 假设要求频 带更宽, 可采用多节分支耦合器。
• 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，否那么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响回路保证功率的准确 性
• 如图下页图所示。 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。
微波电路西电雷振亚老师的课件6章定向耦合器市公开课金奖市赛课一等奖课件
Z0p Z0
1 k k
第9页
第6章 定向耦合器
环节三: 利用下列公式计算出元件值: （1） 低通L-C式:
Ls
Z0s
2fc
Cp
1
2fcZ0 p
（2） 高通L-C式:
Cs
1
2f c Z 0 s
Lp
Z0 p
2fc
第10页
第6章 定向耦合器 环节四: 利用模拟软件检查,再通过微调以满足设计
要求。 6.2.2
端口3和端口2功率按一定百分比反相输出。一样地,端
口2和端口3也是隔离,不论从哪个口输入信号,仅在端口
1和端口4百分比反相输出。
第35页
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36页
第6章 定向耦合器 用波程相移理解这个原理比较简朴: 当信号从端
Z1=Z2= 2 Z0 每个端口之间距离为λg/4或3λg/4。
第38页
第6章 定向耦合器
第39页
第6章 定向耦合器
第40页
第6章 定向耦合器
第41页
第6章 定向耦合器 24GHz混频器
第42页
设计一个工作频率为400 MHz10 dB低通L-C支路型 耦合器。Z0=50 Ω,要求S11≤-13dB, S21≥-2 dB, S31≤-13 dB,S41≥-10dB
环节一: 拟定耦合器指标,C=-10dB,fc=400MHz, Z0=50 Ω
环节二: 利用下列公式计算K、Z0s、 Z0p:
第5讲定向耦合器
Z0 1 3 Z0 z
l Z0
Z 0 Z 0 e ( z ) Z 0o ( z )
Z0 2
Z0 4 Z0
(e)
图 6-9耦合线的变形
15
第6章 定向耦合器
传输线定向耦合器的设计*
1/4波长
分析方法：若在2、3、4端口都接以标准引出线的特性阻抗 Z0作为负载阻抗，而在1口接一个内向波电压U1，则根据奇、偶 模分析的原理，可将其分解为一对偶模和一对奇模同时加在1、 2口。则定向耦合器的四口网络问题即可简化为奇、偶模的两端 口问题。可以先求出奇、偶模两网络的解，再将其叠加。
I 4o
I 3o
V3o3I14z0e z0oI2
Z0
V4
～
Z0
V
3
I1o
4
z0e z0o
Z0
V4o Z0
Z0
I 2o
1
V1
2
V2
～ 2V
～V
1
V1o
2
V2o
o Z in Z 0o
V V V zin 1 1e 1o I1 I1e I1o
I1o I 3o , I 4o I 2o V1o V3o ,V4o V2o
第6章 定向耦合器
按照优化后的仿真结果尺寸进行加工，为了提高导磁率及 及光洁度进而减小定向耦合器的插入损耗，印制板表面镀金。
定向耦合器测试曲线图
测试结果表明，实验结果与仿真设计结果符合性较好。定 向耦合器性能指标满足了设计要求。但是插入损耗比设计的 略大了些。造成该误差的主要原因是加工精度不够，接插件 19 焊接、安装对指标的影响。
0.00 － 5.00 － 10.00 － 15.00 － 20.00 － 25.00 － 30.00 0.00
《波导定向耦合器》课件
应用场景二：卫星通信
在卫星通信中，波导定向耦合器主要用于信号 的传输、分路和合成，实现卫星信号的定向耦
合和功率分配。
波导定向耦合器在卫星通信中还可以用于天线阵列的 信号处理，实现天线的相位和幅度控制。
卫星通信是波导定向耦合器的另一个重要应用 领域。
它能够提高卫星通信系统的信号传输效率和稳定 性，增强卫星通信系统的抗干扰能力。
结构分析
波导定向耦合器的结构通常由输入波导、主波导、副波导和输出波导组成。输入信号通过输入波导进入主波导，并在主波导 上产生多个谐振模。通过适当的结构设计，使得其中一个谐振模被强烈激励，而其他谐振模被抑制，从而实现信号的定向传 输。副波导的作用是提取被强烈激励的谐振模信号，并将其传输到输出波导中。
在选择使用哪种类型的波导定向耦合器时， 需要根据实际需求进行综合考虑。例如，对 于需要高集成度、小体积的应用场景，E面 波导定向耦合器是较好的选择；对于需要简 单结构、高可靠性的应用场景，H面波导定 向耦合器是较好的选择；对于需要便携式、 低成本的应用场景，微型波导定向耦合器是
较好的选择。
波导定向耦合器的
波导定向耦合器的
04
制造工艺
制造材料
金属材料
常用的金属材料包括铜、铝、不锈钢等，它们具有良好的导电性和机械强度， 适合用于制造波导定向耦合器。
绝缘材料
绝缘材料用于制造波导定向耦合器的介质层，常用的有聚乙烯、聚四氟乙烯等 ，它们具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
制造流程
设计和绘图
01
根据设计要求，绘制波导定向耦合器的图纸，确定各部分的尺
制作样品并测试
根据优化后的设计参数，制作 波导定向耦合器样品，并进行 性能测试，验证设计效果。
设计参数
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
定向耦合器(1).ppt
隔离度等。
(1) 工作频带:
定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关 系,也就是说与频率有关。 (2) 插入损耗： 主路输出端和主路输入端的功率比值,包括耦 合损耗和导体介质的热损耗。
(3) 耦合度: 描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系, 通常用分贝表示,dB值越大,耦合端口输出功率越小。 耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。 (4) 方向性: 描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关 系。理想情况下,方向性为无限大。
( a )
( b )
图 6-2 L-C分支线型耦合 (a) 低通式； (b) 高通式
集总参数定向耦合器的设计步骤： 步骤一: 确定耦合器的指标,包括耦合系数C(dB)、 端口的等效阻抗Z0（Ω）、电路的工作频率fc。 步骤二：利用公式计算出k、Z0s及Z0p:
k 10
c / 10
Z 0s Z 0 1 k Z0p Z0 1 k k
D(dB) 10 lg
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。
1 Z 0 P 1 C p 4 P 4 L s L s 2 P 2 C p 3 P 3 4 P 4 1 Z 0 P 1 L p C s C s 2 P 2 L p 3 P 3
若P1、P2、 P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示, 定向耦合器的四大参数则可定义为：
插入损耗 耦合度 隔离度 方向性
T (dB) 10 lg C (dB) 10 lg I (dB) 10 lg P2 1 10 lg P S 21 2 1 P3 1 10 lg P S31 2 1 P4 1 10 lg P S 41 2 1 P3 1 1 10 lg 10 lg I (dB) C (dB) 2 2 P4 S 41 S31
(1) 工作频带:
定向耦合器的功能实现主要依靠波程相位的关 系,也就是说与频率有关。 (2) 插入损耗： 主路输出端和主路输入端的功率比值,包括耦 合损耗和导体介质的热损耗。
(3) 耦合度: 描述耦合输出端口与主路输入端口的比例关系, 通常用分贝表示,dB值越大,耦合端口输出功率越小。 耦合度的大小由定向耦合器的用途决定。 (4) 方向性: 描述耦合输出端口与耦合支路隔离端口的比例关 系。理想情况下,方向性为无限大。
( a )
( b )
图 6-2 L-C分支线型耦合 (a) 低通式； (b) 高通式
集总参数定向耦合器的设计步骤： 步骤一: 确定耦合器的指标,包括耦合系数C(dB)、 端口的等效阻抗Z0（Ω）、电路的工作频率fc。 步骤二：利用公式计算出k、Z0s及Z0p:
k 10
c / 10
Z 0s Z 0 1 k Z0p Z0 1 k k
D(dB) 10 lg
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。
1 Z 0 P 1 C p 4 P 4 L s L s 2 P 2 C p 3 P 3 4 P 4 1 Z 0 P 1 L p C s C s 2 P 2 L p 3 P 3
若P1、P2、 P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示, 定向耦合器的四大参数则可定义为：
插入损耗 耦合度 隔离度 方向性
T (dB) 10 lg C (dB) 10 lg I (dB) 10 lg P2 1 10 lg P S 21 2 1 P3 1 10 lg P S31 2 1 P4 1 10 lg P S 41 2 1 P3 1 1 10 lg 10 lg I (dB) C (dB) 2 2 P4 S 41 S31
微波电路西电雷振亚老师的课件第6章定向耦合器
根据仿真结果进行优化设 计，调整结构参数。
03
定向耦合器的应用
通信系统中的应用
信号传输
定向耦合器在通信系统中用于传输信号，能够实现信号的定向传 输和监测，提高信号传输的稳定性和可靠性。
功率分配
定向耦合器可以将输入信号按照一定的比例分配到多个输出端口， 实现功率的合理分配，满足不同设备的需求。
信号分离
广播电视系统
定向耦合器可用于广播电视系统中， 实现对信号的定向传输和分配，提 高信号覆盖范围和传输质量。
04
定向耦合器的性能指标
耦合度
总结词
耦合度是定向耦合器最重要的性能指标之一，表示耦合器输出端口功率与输入端 口功率的比值。
详细描述
耦合度的大小决定了定向耦合器对信号的提取程度。一般来说，耦合度越高，信 号提取能力越强，但同时也可能带来更大的噪声和失真。因此，在选择定向耦合 器时，需要根据实际需求和系统指标来选择合适的耦合度。
LTCC工艺
LTCC工艺是一种低温共烧陶瓷技术，它将多层陶瓷材料叠层烧结而成。在定向耦合器的制作中，LTCC工艺可用于制作高精度 、高稳定性的微型结构。这种工艺具有高可靠性、高稳定性等优点。
具体而言，LTCC工艺可以通过流延、叠层、烧结等方法实现。在定向耦合器的制作中，LTCC工艺能够实现高精度、高稳定性 的结构设计和控制，从而提高定向耦合器的性能和可靠性。同时，LTCC工艺还具有较好的耐高温性能和化学稳定性，能够满 足高温、恶劣环境下的应用需求。
厚膜工艺
厚膜工艺是一种将材料以较厚的膜层形式沉积在衬底上的 技术。在定向耦合器的制作中，厚膜工艺可用于制作较厚 的结构层，如波导壁、腔体等。这种工艺具有工艺简单、 成本低等优点。
具体而言，厚膜工艺可以通过丝网印刷、喷雾镀膜等方法 实现。在定向耦合器的制作中，厚膜工艺能够实现快速、 大批量生产，同时保持一定的性能和稳定性。
03
定向耦合器的应用
通信系统中的应用
信号传输
定向耦合器在通信系统中用于传输信号，能够实现信号的定向传 输和监测，提高信号传输的稳定性和可靠性。
功率分配
定向耦合器可以将输入信号按照一定的比例分配到多个输出端口， 实现功率的合理分配，满足不同设备的需求。
信号分离
广播电视系统
定向耦合器可用于广播电视系统中， 实现对信号的定向传输和分配，提 高信号覆盖范围和传输质量。
04
定向耦合器的性能指标
耦合度
总结词
耦合度是定向耦合器最重要的性能指标之一，表示耦合器输出端口功率与输入端 口功率的比值。
详细描述
耦合度的大小决定了定向耦合器对信号的提取程度。一般来说，耦合度越高，信 号提取能力越强，但同时也可能带来更大的噪声和失真。因此，在选择定向耦合 器时，需要根据实际需求和系统指标来选择合适的耦合度。
LTCC工艺
LTCC工艺是一种低温共烧陶瓷技术，它将多层陶瓷材料叠层烧结而成。在定向耦合器的制作中，LTCC工艺可用于制作高精度 、高稳定性的微型结构。这种工艺具有高可靠性、高稳定性等优点。
具体而言，LTCC工艺可以通过流延、叠层、烧结等方法实现。在定向耦合器的制作中，LTCC工艺能够实现高精度、高稳定性 的结构设计和控制，从而提高定向耦合器的性能和可靠性。同时，LTCC工艺还具有较好的耐高温性能和化学稳定性，能够满 足高温、恶劣环境下的应用需求。
厚膜工艺
厚膜工艺是一种将材料以较厚的膜层形式沉积在衬底上的 技术。在定向耦合器的制作中，厚膜工艺可用于制作较厚 的结构层，如波导壁、腔体等。这种工艺具有工艺简单、 成本低等优点。
具体而言，厚膜工艺可以通过丝网印刷、喷雾镀膜等方法 实现。在定向耦合器的制作中，厚膜工艺能够实现快速、 大批量生产，同时保持一定的性能和稳定性。
《定向耦合器》PPT课件
归一化转移参量
[ Ao
]
Ao Co
Bo
Do
a2 R b
j b R
j R (b a1a2 b) a1 b R
17
第六章 定向耦合器
Ae Ao , Be Bo , Ce Co , De Do 奇偶模网络参量关系
Ur1o
(1) 匹配特性：在理想情况下，它的四个端口是完全匹配的，只要1和2
端口能调到匹配，3和4端口一定匹配，即S11=S22=S33=S44=0 ；
(2) 隔离特性：当3和4端口具有隔离特性时，即S34=S43=0，则1和2端口 也具有隔离特性，即S12=S21=0；
(3) 平分特性：当信号由3端口输入时，则同相等分给1和2端口，即S13
Ur3
R
( Ae
Be )
R2ba2 jbR 1 a22R2
Ur3
2
R2b2 1 a22R2
R 10C
10
R2b2 1 a22R2
.....................................(2)
19
第六章 定向耦合器Biblioteka 联立得a1
10C
10
1
路的路程差为p0/2，即相位差为，故两路信号在D点相抵消，使4端口
无输出。 （二)双分支定向耦合器的特性分析 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
1 2
1 2
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(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
• 同样由A→C的两路信号为同相信号, 故 在端口“③”有耦合输出信号, 即端口 “③”为耦合端。耦合端输出信号的大 小同样取决于各线的特性阻抗。 • 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。
• 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。 • 如图下页图所示。 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。
• 假设输入电压信号从端口“①”经A点 输入, 则到达D点的信号有两路, 一路是 由分支线直达, 其波行程为λg/4, 另一路 由A→B→C→D, 波行程为3λg/4；故两 条路径到达的波行程差为λg/2, 相应的 相位差为π, 即相位相反。
因此若选择合适的特性阻抗, 使到达的两路信号的振幅相
等, 则端口“④”处的两路信号相互抵消, 从而实现隔离
• 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,
波导定向耦合原理ppt课件
§5.1 耦合模方程
（简介1）
Z
nf1 ns
பைடு நூலகம்
nf2
x
设传播方向为Z，折射率分布与Z无关。波导中 第 阶导模场 i Z E E ( x , y ) e
i Z H H ( x , y ) e
§5.1 耦合模方程 2011年2月
第五章 波导定向耦合原理
（简介2）
da ( Z ) 2 i a ( Z ) ik a ( Z ) 2 2 1 dZ
§5.1 耦合模方程 2011年2月
第五章 波导定向耦合原理
推导A1(Z)、 A2(Z)随Z的变化：
将
i 1Z a ( Z ) A ( Z ) e 1 1 i2Z a ( Z ) A ( Z ) e 2 2
§5.1 耦合模方程 2011年2月
第五章 波导定向耦合原理
设波导2对于波导1的耦合系数为k1， a1(Z)随Z的变化的表达式可以写成：
da ( Z ) 1 i a ( Z ) ik a ( Z ) ?? 1 1 2 dZ
类似，设波导1对于波导2的耦合系数为k2， a2(Z)随Z的变化的表达式可以写成：
§5.1 耦合模方程 2011年2月
第五章 波导定向耦合原理
得到耦合模方程
（简介4）
dA 1 i( Z ] 1A 2 exp[ 1 2) dZik dA 2 ik i( Z ] 2A 1 exp[ 1 2) dZ
k1、 k2 是耦合系数。1、2是波导的传播常数。 k1 、k2取决于波导结构、参数、机制、耦合过程。
i Z i Z 1 1 da ( Z ) d [ A ( Z ) e ] de dA ( Z ) i Z 1 1 1 1 A ( Z ) e 1 dZ dZ dZ dZ dA ( Z ) i Z 1 1 i a ( Z ) e 1 1 dZ
波导定向耦合器ppt课件
（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 0 ，所以严格说来（ 22一9）式中的是端口4接了 L 4 网络的 ，它与原四端口网络 S 参数的关系已由附录4-1给出 S 11
'2 '2 C D L 4 s 11 1 L 4
波导定向耦合器
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
1 1 C 10 log 20 log 20 log dB P a s 3 2 31
（
1 max
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＝ A 1 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| kL | 大小判别进 ' 行计算。在我们的情况下按
第三种，称为实际器件的定向性.D P 它定义为在定向耦合器端口4接有 L 4 情况下，器件对外显示为三端口网络。这 与 S32模之比，再取201og，即 个三端口网络的S31
s31 D log ( dB ) P 20 s32
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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。
D10lgP3 20lgS13
P4
S14
7
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。
1 S11
1 S11
8
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。
• 这种利用波长关系的定向耦合器的工作频带是较 窄的，因为两小孔间距偏离上述条件时，隔离端 来自两小孔的耦合波不再是反相位叠加，隔离端 会有输出。
17
3 应用
• 在实际使用中，定向耦合器的隔离端口④ 都要接有匹配负载，用以吸收传输来的 （漏泄）信号功率，以免产生反射而影响 其它端口的信号功率分配，而破坏定向耦 合器的工作性能。
4
1耦合度
输入端“①”的输入功率P1和耦合输出 端“③”的输出功率P3之比定义为耦合度, 记作C。
C10lgP1 20lg1 (dB )
P3
S13
5
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。
I 10lgS1 20lg1 (dB)
S4
S14
6
3 定向度
15
2 性能指标
C
10lg |
1 A3 |2
10lg
|
1 C
|2
10lg 4
I
10lg |
1 A4 |2
10lg
|
C
1
cosl
10lg 4 |
D 10lg | |
A3 |2 A4 |2
10lg
| |
C C
|2 |2
10lg
Байду номын сангаас
|
1
cosl
|2
16
理想条件下的性能指标
l 2n1,C C
4 I,D
• 耦合端的输出是两小孔耦合波的同相叠加，而隔 离端则是两小孔耦合波的反相叠加而抵消。
20
• 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。
• 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。
2
P1 ① ④
P4
耦合 装置
P2 ② ③
P3
定向耦合器的原理图
3
二 性能指标
• 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。
§4.4 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, 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。
1
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。
12
1工作原理简析
A
l
B
④ c
c
c
c ③
①
②
A
B
输入波行进至耦合孔a、b时，电磁能通 过小孔耦合至副波导。
13
小孔耦合
• 电磁能通过小孔耦合、激励的问题，要用小孔 绕射理论来分析，这是微波经典理论中的重要 内容之一，严格求解存在数学上的困难。
• 对于尺寸远小于工作波长的小孔，可看作是小 孔位置处辐射电偶极子与磁偶极子的组合，而 其偶极矩则分别与入射波在小孔位置处的法向 电场与切向磁场成正比。
• 这样可以用一耦合系数来表示小孔的耦合强度。
14
副波导中的耦合波
A3Cejl Cejl 2Cejl
A4CCej2l 2Ccolse jl
• 端口①输入波行进至小孔a处，耦合至副波导中的 波以 表示向端口③传输的部分，以 表示向端口④ 传输的部分， 为耦合系数。输入波行进至小孔b处 依然向副波导耦合，分为向端口③的 和向端口④ 的 两部分。假定输入波经过小孔a、b后幅值不变 （弱耦合）。
19
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。
1 S11
1 S11
9
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。
10
11
四 波导窄壁双孔耦合定向耦合器
• 波导窄壁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 l=(2n+1)λ/4 的小孔实现耦合。
• 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。
18
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。
D10lgP3 20lgS13
P4
S14
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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。
1 S11
1 S11
8
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。
• 这种利用波长关系的定向耦合器的工作频带是较 窄的，因为两小孔间距偏离上述条件时，隔离端 来自两小孔的耦合波不再是反相位叠加，隔离端 会有输出。
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3 应用
• 在实际使用中，定向耦合器的隔离端口④ 都要接有匹配负载，用以吸收传输来的 （漏泄）信号功率，以免产生反射而影响 其它端口的信号功率分配，而破坏定向耦 合器的工作性能。
4
1耦合度
输入端“①”的输入功率P1和耦合输出 端“③”的输出功率P3之比定义为耦合度, 记作C。
C10lgP1 20lg1 (dB )
P3
S13
5
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。
I 10lgS1 20lg1 (dB)
S4
S14
6
3 定向度
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2 性能指标
C
10lg |
1 A3 |2
10lg
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1 C
|2
10lg 4
I
10lg |
1 A4 |2
10lg
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C
1
cosl
10lg 4 |
D 10lg | |
A3 |2 A4 |2
10lg
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C C
|2 |2
10lg
Байду номын сангаас
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1
cosl
|2
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理想条件下的性能指标
l 2n1,C C
4 I,D
• 耦合端的输出是两小孔耦合波的同相叠加，而隔 离端则是两小孔耦合波的反相叠加而抵消。
20
• 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。
• 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。
2
P1 ① ④
P4
耦合 装置
P2 ② ③
P3
定向耦合器的原理图
3
二 性能指标
• 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。
§4.4 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, 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。
1
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。
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1工作原理简析
A
l
B
④ c
c
c
c ③
①
②
A
B
输入波行进至耦合孔a、b时，电磁能通 过小孔耦合至副波导。
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小孔耦合
• 电磁能通过小孔耦合、激励的问题，要用小孔 绕射理论来分析，这是微波经典理论中的重要 内容之一，严格求解存在数学上的困难。
• 对于尺寸远小于工作波长的小孔，可看作是小 孔位置处辐射电偶极子与磁偶极子的组合，而 其偶极矩则分别与入射波在小孔位置处的法向 电场与切向磁场成正比。
• 这样可以用一耦合系数来表示小孔的耦合强度。
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副波导中的耦合波
A3Cejl Cejl 2Cejl
A4CCej2l 2Ccolse jl
• 端口①输入波行进至小孔a处，耦合至副波导中的 波以 表示向端口③传输的部分，以 表示向端口④ 传输的部分， 为耦合系数。输入波行进至小孔b处 依然向副波导耦合，分为向端口③的 和向端口④ 的 两部分。假定输入波经过小孔a、b后幅值不变 （弱耦合）。
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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。
1 S11
1 S11
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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。
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四 波导窄壁双孔耦合定向耦合器
• 波导窄壁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 l=(2n+1)λ/4 的小孔实现耦合。
• 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。
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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。