定向耦合器
什么是定向耦合器
什么是定向耦合器定向耦合器的工作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/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。
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。
定向耦合器的应用1、用于功率合成系统在多载频合成系统中，通常会用到3dB的定向耦合器（俗称3dB电桥），如下图所示。
这种电路常见于室内分布系统，来自两路功率放大器的信号f1和f2经过3dB定向耦合器后，每路的输出均包含了f1和f2两个频率分量，每个频率分量的幅度减少3dB。
如果将其中一个输出端接上吸收负载，另外一路输出可以作为无源互调测量系统的功率源。
如果需要进一步提高隔离度，可以外加一些器件如滤波器和隔离器。
一个良好设计的3dB电桥的隔离度可以做到33dB以上。
定向耦合器用于功率合成系统一定向沟壑区作为功率合成的另外一种应用见下图（a）。
在这个电路中，定向耦合器的方向性得到了巧妙的应用。
假设两个耦合器的耦合度均为10dB，方向性均为25dB，则f1和f2端之间的隔离为45dB。
如果f1和f2的输入均为0dBm，则合成后的输出均为-10dBm。
与下图（b）中的Wilkinson耦合器（其隔离度典型值为20dB）相比，同样输入OdBm的信号，合成后还有-3dBm （未考虑插入损耗）。
作为间样条件下的比较，我们将图（a）中的输入信号提高7dB，这样其输出就和图（b）—致了，此时，图（a）中f1和f2端的隔离度“降低”为38 dB。
定向耦合器
Lp
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RF&MW
步骤四: 利用模拟软件检验,再微调。
6.2.2 集总参数定向耦合器设计实例
设计一个工作频率为400 MHz的10 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≤-10 dB 步骤一: 确定耦合器的指标,C=-10dB,fc=400MHz, Z0=50 Ω 步骤二: 计算K、Z0s、 Z0p：
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RF&MW ④
③
图 6-5平行线型耦合器
1
i1 2
C ic 4 4 iL
m
ic 3 3
图6-6
耦合线方向性的解释
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同时由于i1的交变磁场的作用,在线4—3上感应有 电流iL。 根据电磁感应定律,感应电流iL的方向与i1的方向 相反, 所以能量从1口输入, 耦合口就是4口。而在3口 因为电耦合电流的ic3与磁耦合电流iL的相位相反而叠 加抵消,故3口是隔离口。
C / 20 C / 20
C / 20
Z 0o Z 0
C / 20
步骤三: 依据基板参数（εr, h）,利用软件 Mathcad11 计算Z0e、Z0o的微带耦合线的宽度及 间距（W, S）和四分之一波长的长度（P 步骤四: 利用模拟软件检验,再微调。
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6.3.3 平行耦合线耦合器设计实例
各端口匹配且网络无耗互易，则S矩阵为
0 0 j 0 j 0 0 j 0 j 0 0
3db定向耦合器原理
3db定向耦合器原理引言3db定向耦合器是一种常见的微波器件，广泛应用于无线通信、雷达系统和微波电路中。
本文将介绍3db定向耦合器的原理及其在实际应用中的作用。
一、3db定向耦合器的基本原理3db定向耦合器是一种四端口器件，由两个耦合器和两个耦合器之间的传输线构成。
其基本原理是利用微波信号在传输线上的传播特性，实现耦合和分离的功能。
1.1 耦合和分离耦合器是一种能够将输入信号分为两个输出的器件，其中一个输出端口为主输出端口，另一个为耦合输出端口。
耦合输出端口输出的信号是从主输出端口输入信号中耦合出来的一部分。
耦合器的耦合度决定了主输出端口和耦合输出端口之间的功率分配比例。
1.2 传输线的特性传输线上的电磁波在传播过程中会发生反射和透射，这取决于传输线的特性阻抗和长度。
当传输线的特性阻抗等于负载的阻抗时，传输线上的信号将完全传输到负载上；当传输线的特性阻抗不等于负载的阻抗时，部分信号将被反射回来。
二、3db定向耦合器的工作原理3db定向耦合器是通过将两个耦合器和两个传输线相互耦合连接而成的。
其工作原理如下：2.1 信号的耦合和分离当输入信号通过传输线进入耦合器时，一部分信号将从主输出端口输出，另一部分信号将从耦合输出端口输出。
耦合输出端口输出的信号是通过传输线之间的耦合实现的。
在理想情况下，耦合输出端口输出的功率占输入功率的一半，即耦合度为3dB。
2.2 信号的相位差由于两个传输线之间存在一定的相位差，导致从主输出端口输出的信号和耦合输出端口输出的信号之间存在相位差。
这个相位差可以通过调整传输线的长度来实现。
2.3 信号的分离通过调整传输线的长度，可以使主输出端口和耦合输出端口之间的信号达到90度的相位差，从而实现信号的分离。
2.4 功率的分配3db定向耦合器在主输出端口和耦合输出端口之间实现了功率的分配，主输出端口输出的功率为输入功率的一半，耦合输出端口输出的功率也为输入功率的一半。
三、3db定向耦合器的应用3db定向耦合器广泛应用于微波电路和射频系统中，常见的应用包括：3.1 功率分配由于3db定向耦合器可以将输入功率分配到主输出端口和耦合输出端口，因此可以用于实现功率的分配和控制。
定向耦合器的工作原理及作用
定向耦合器的工作原理及作用嘿，你问定向耦合器的工作原理及作用呀，那咱就来聊聊呗。
定向耦合器呢，就像是一个有点“小聪明”的小装置。
它的工作原理其实还挺有意思的。
你可以把它想象成一个在信号传输道路上的“分流器”。
当信号在传输线中跑的时候，定向耦合器就会从这条传输线上“偷偷”地分出一部分能量来。
它是怎么做到的呢？它里面有一些特殊的结构，比如耦合线或者孔洞之类的。
这些东西就像小“窗口”，让一部分信号能通过它们“溜”到另一个通道里去。
而且它还很“聪明”地只让信号按照特定的方向分流哦，所以才叫定向耦合器嘛。
比如说，信号从左边往右边传，它就能按照设定好的方式把一部分能量准确地引导到旁边的通道里，而如果信号从右边往左边传，它可能就不会让那么多能量“溜”过去啦，是不是有点神奇那它有啥作用呢？作用可不少呢！首先，它可以用来检测信号的强度。
就好比你想知道水流有多大，放个小水表在旁边测一测一样。
定向耦合器能把传输线上的信号分出来一点，然后通过一些测量手段，你就能知道信号有多强啦。
这在很多通信系统里都很重要哦，要是信号太弱了，可能通信质量就不好，就得想办法调整啦。
其次，它还能用来实现信号的分配和合成。
比如说，你有一个信号源，想把它分成几个不同的部分送到不同的地方去，定向耦合器就可以帮你做到。
它把信号按一定的比例分出来，然后送到各个需要的地方。
反过来，如果有几个信号要合成一个，它也能在一定程度上帮忙哦，就像把几条小水流汇聚成一条大水流一样。
还有哦，在一些测量和测试设备中，定向耦合器也大有用处。
比如在射频测试中，它可以帮助工程师们准确地测量各种参数，确保设备正常工作。
我给你讲个例子吧。
有一次在一个通信基站的维护中，工作人员发现信号传输有点问题，怀疑是某个部件出了故障。
他们就用定向耦合器来检测信号的强度和分布情况。
通过它，找到了信号在传输过程中衰减比较大的地方，最后发现是一根传输线老化了。
换了新的传输线后，信号就恢复正常啦。
所以你看，定向耦合器虽然看起来小小的，但是在很多地方都发挥着重要的作用呢，你明白了不。
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。
第6章定向耦合器
第六章 定向耦合器
对于波导的T形接头，我们把主波导的两臂分别称为1和2端口，分 支臂称为3端口。分析波导的T形接头的工作特性，可利用波导中 TE10模的电场分布来分析。E-T接头和H-T接头中TE10模的电场分布 分别如图所示。
8
第六章 定向耦合器
E-T接头具有下列特性：
(1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅反相输出，用散射参量表示
二.分类
第六章 定向耦合器
定向耦合器的种类很多。
按传输线类型
按耦合方式
波导
同轴线 带状线 微带线
单孔耦合
多孔耦合
连续耦合
平行线耦合
输出方向
输出相位
按耦合强弱
同向耦合
反向耦合 90度定向
180度定向
强耦合
中等耦合
弱耦合 1
第六章 定向耦合器
下图给出了几种定向耦合器的结构示意图，其中图(a)为微带分支定 向耦合器，图(b)为波导单孔定向耦合器，图(c)为平行耦合线定向耦 合器，图(d)为波导匹配双T，图(e)为波导多孔定向耦合器，图(f)为微 带混合环。
a1
10C
10
1
1 2
a2 a1 R
b 1 a12 R
注：设计双分支定向耦合器尺寸方法
19
有时用方向性 (dB)来表示耦合器的隔离性能，它是耦合端输出功率P3与 隔离端的输出功率P4之比。也可用散射参量来表示方向性，即
D 10 lg P3 P4
10 lg
S31 2 S41 2
20 lg
S31 S41
DC
5
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
使用定向耦合器注意事项及定向耦合器的用途
使用定向耦合器注意事项及定向耦合器的用途
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。
什幺叫“定向耦合器”？
耦合器的主要功能就是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。
目前，主要有两种类型的定向耦合器：具有一个耦合端口和一个端接端口的标准定向耦合器；以及具有正向和反向耦合端口的双定向耦合器。
此外，。
定向耦合器的工作原理
定向耦合器的工作原理定向耦合器是一种常见的微波器件，广泛应用于无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域。
它具有将微波能量从一个波导传输到另一个波导的功能，同时能够实现对微波能量的定向耦合和解耦。
在本文中，我们将详细介绍定向耦合器的工作原理。
定向耦合器通常由主波导、辅助波导和耦合装置组成。
主波导和辅助波导分别用于传输微波能量，而耦合装置则用于实现微波能量的定向耦合和解耦。
在定向耦合器中，主波导和辅助波导之间通过耦合装置进行能量的传输和耦合。
当微波能量从主波导传输到辅助波导时，耦合装置将一部分微波能量耦合到辅助波导中，同时将剩余的微波能量继续传输到主波导中。
这样，就实现了微波能量的定向耦合。
定向耦合器的工作原理可以通过电磁场理论来解释。
当微波能量在主波导中传输时，会产生一定的电磁场分布。
而耦合装置的设计则能够利用这种电磁场分布，实现微波能量的定向耦合和解耦。
通过合理设计耦合装置的结构和参数，可以实现不同程度的定向耦合效果，从而满足不同的应用需求。
除了电磁场理论，定向耦合器的工作原理还涉及到微波传输理论和波导理论。
在微波传输过程中，波导的特性对能量的传输和耦合起着重要作用。
定向耦合器的设计需要考虑到波导的特性，以实现高效的微波能量传输和定向耦合。
在实际应用中，定向耦合器还需要考虑到频率响应、功率损耗、耦合效率等因素。
通过优化设计，可以实现定向耦合器在特定频率范围内的高效能量传输和定向耦合。
同时，定向耦合器还需要考虑到耦合装置的制造工艺和材料选择，以实现稳定可靠的性能。
总之，定向耦合器是一种重要的微波器件，它通过合理设计的耦合装置，实现了微波能量的定向耦合和解耦。
在实际应用中，定向耦合器的工作原理涉及到电磁场理论、微波传输理论和波导理论等多个方面。
通过深入理解定向耦合器的工作原理，可以实现对其性能的更好把控和优化设计，从而满足不同应用场景的需求。
定向耦合器
小孔定向耦合器原理及结构
波导系统中，多数定向耦合器是通过正、副波导公共壁上的耦合小孔进行耦合的。该小孔能用电和磁偶极矩组成的等效源替代。此法向的电偶极矩和轴向的磁偶极矩在耦合波导中具有偶对称性质，而横向磁偶极矩的辐射有奇对称性质。因此通过调整两个等效源的相对振幅就能抵消在隔离端口方向上的辐射，增强耦合端口上的辐射。
耦合线定向耦合器的原理结构
当两条平行传输线的间距逐渐缩小时，主线与副线之间发生电磁耦合，主线的功率耦合到副线，副线的功率也能耦合到主线。此类定向耦合器早起为同轴线结构，有两个导体同置于一个外导体中，此后出现带状线结构和微带线结构。
定向耦合器的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配，主要由传输线构成，同轴线，矩形波导，圆波导，带状线和微带线均可构成定向耦合器，所以其种类较多，可从耦合机理将其分为四种：小孔耦合，平行耦合，匹配双T
概述
定向耦合器常用于提取和测量微波设备与系统中的功率，是一种具有方向性的四端口功率耦合原件，其本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。主要组成包括：主线（直通线）、副线（耦合线）、耦合机构。而定向耦合是指通过一定的耦合机制把主线（直通线）上的一部分功率沿一定的方向耦合到副线（耦合线）中，理想的耦合器中，功率在耦合线中只传向一个输出端口，另一个端口无功率输出。
定向耦合器参数
定向耦合器参数
定向耦合器是一种能够使传输信号按照指定方向传播的设备，其可以实现某个特定方向的特定信号的通过，而不会向其他方向传播，因此特别适用于在干扰比较严重的情况下的信号传输，它的参数有： 1、阻抗：定向耦合器的阻抗主要取决于物理结构和它的电气负载。
根据传输的信号类型，有50欧姆，75欧姆和93欧姆三种不同的阻抗值，其中50欧姆是最常用的阻抗。
2、传输损耗：传输损耗是指信号通过定向耦合器以后，能够有效传输的部分，也就是信号传输的系数，叫做传输损耗，它的值越小，表示信号传输的系数越高，传输的信号也就越强。
3、绝缘电阻：它是用来测量几个不同的电源桥连接的定向耦合器之间的静电耦合的一个参数，它可以测出定向耦合器之间的静电耦合关系，如果绝缘电阻过大，可能会影响定向耦合器的正常操作。
4、频率范围：定向耦合器的频率范围指的是它可以处理的信号的频率范围，如果信号频率超出定向耦合器的频率范围，那么频率超出的信号将不会被正常传输，可能会影响定向耦合器正常运行。
- 1 -。
第6章 定向耦合器
第6章 定向耦合器
环形桥定向耦合器 6.5 环形桥定向耦合器
混合环又称环形桥,结构如图 6-11(a)所示。 它的功能与分支线耦合器相似,不同的是两个输出端口 的相位差为180°。当信号从端口1输入时,端口4是隔 离端,端口2和端口3功率按一定比例反相输出,也就是 相位差为180°。当信号从端口4输入时,端口1是隔离 端,端口3和端口2功率按一定比例反相输出。同样地, 端口2和端口3也是隔离的,无论从哪个口输入信号,仅在 端口1和端口4比例反相输出。
第6章 定向耦合器
dB
0.55
0.60
0.65
0.70 0.75 0.80 FREQ[GHz]
0.85
0.90
0.95
1.00
图 6-8平行线型耦合器仿真结果
第6章 定向耦合器 在上述平行耦合线定向耦合器的基础上,可以得到 各种变形结构,如图6-9 所示。结构越复杂,计算越困难。 在正确概念的指导下,实验仍然是这类电路设计的有效 方法。
D(dB) = −10 lg
第6章 定向耦合器
集总参数定向耦合器 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,如图6-2所示。
第6章 定向耦合器
第6章 定向耦合器
图 6-7平行线型耦合器电路图
第6章 定向耦合器 Microwave Office软件仿真结果如图6-8 所示, 图中自上而下便是S21、 S31、 S41、 S11的dB值,这些值 可以在附录1的实验中测量作比较。
第6章 定向耦合器
0.00 S21 －5.00 －10.00 S31 －15.00 －20.00 －25.00 －30.00 －35.00 －40.00 0.50 S11 S41
定向耦合器的耦合度,隔离度,定向度计算公式
定向耦合器是指能够将输入信号从一个端口转移到指定的输出端口的设备。
在设计和使用定向耦合器时，需要考虑其耦合度、隔离度和定向度。
这些参数对定向耦合器的性能和使用效果具有重要影响。
一、耦合度耦合度是定向耦合器传输信号中的一种重要参数，指的是输入端口与输出端口之间的能量传输。
耦合度越高，输入端口的能量会更多地传输到输出端口，实际上就是指定向耦合器所提供的端口之间传输能量的程度。
耦合度的计算公式为：C = 10 * log10(Ws/Wi)其中C表示耦合度，单位为分贝(dB)，Ws表示输入端口的能量，Wi 表示输出端口的能量。
通常情况下，耦合度的取值范围一般在20dB 至50dB之间，不同的应用场景下，所需的耦合度也会不同。
选择合适的耦合度能够满足不同的需求。
二、隔离度隔离度是定向耦合器的另一个重要参数，用来描述输入端口和其他端口之间的隔离程度。
隔离度越高，表示输入端口与其他端口之间的干扰越小，这对于提高定向耦合器的性能和稳定性非常重要。
隔离度的计算公式如下：I = 10 * log10(Ws/Wi)其中I表示隔离度，单位也是分贝(dB)，Ws表示输入端口的能量，Wi 表示其他端口的能量。
隔离度的取值范围一般在20dB至40dB之间，隔离度越高，输入端口和其他端口之间的干扰就越小。
三、定向度定向度是描述定向耦合器在将能量从输入端口传输到指定输出端口时的效果的参数。
在使用定向耦合器时，需要考虑定向度的大小，定向度越高，表示定向器在传输时的效果越好。
定向度的计算公式如下：D = 20 * log10(sqrt((1 - |S21|^2) * (1 - |S31|^2)))其中D表示定向度，S21和S31表示定向耦合器的S参数，用来描述能量在端口之间的传输情况。
定向度的取值范围一般在20dB至30dB 之间，选择合适的定向度能够确保定向耦合器在实际使用中能够高效地传输信号。
总结在设计和使用定向耦合器时，需要充分考虑耦合度、隔离度和定向度这些重要参数。
举例说明定向耦合器的用途
举例说明定向耦合器的用途定向耦合器是一种用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤的器件。
它通常由一个输入端口和一个或多个输出端口组成。
在光通信领域，定向耦合器被广泛应用于光纤通信系统中的信号传输和分配。
下面将从不同的应用场景出发，举例说明定向耦合器的用途。
1. 光纤通信系统中的信号分配：在一个光纤通信系统中，信号需要从一个中心节点分配到多个终端节点。
定向耦合器可以将信号从中心节点的输入端口耦合到多个输出端口，实现信号的分配。
例如，光纤到户（FTTH）网络中，定向耦合器用于将信号从光纤接入点分配到不同的用户终端。
2. 光网络中的信号传输：在光网络中，信号需要从一个网络节点传输到另一个节点。
定向耦合器可以将信号从一个输入端口耦合到另一个输出端口，实现信号的传输。
例如，光纤放大器中的输入端口和输出端口之间的光信号传输就需要通过定向耦合器来实现。
3. 光传感系统中的信号采集：在光传感系统中，光信号需要从传感器采集并传输到信号处理单元。
定向耦合器可以将光信号从传感器耦合到光纤中，实现信号的采集。
例如，光纤传感器中的光信号采集就需要通过定向耦合器来实现。
4. 光学仪器中的光信号处理：在光学仪器中，光信号需要经过一系列的处理，如分光、聚焦、衍射等。
定向耦合器可以将光信号从一个光学组件传输到另一个组件，实现光信号的处理。
例如，光学显微镜中的光信号传输就需要通过定向耦合器来实现。
5. 光学传感器中的光信号检测：在光学传感器中，光信号需要被检测并转换成电信号，以便进行信号处理和分析。
定向耦合器可以将光信号从传感器中耦合到光电探测器中，实现光信号的检测。
例如，光纤光栅传感器中的光信号检测就需要通过定向耦合器来实现。
6. 光学交换机中的光信号切换：在光学交换机中，光信号需要在不同的输入端口和输出端口之间进行切换。
定向耦合器可以将光信号从一个输入端口切换到另一个输出端口，实现光信号的切换。
例如，光电开关中的光信号切换就需要通过定向耦合器来实现。
第六章 定向耦合器
B3
1 2
B4 0
分之线耦合器所有端口都是匹配的，从端口1输入 的功率对等的分配给端口2和端口3，这两个输出 端口之间有90°相移，没有功率从耦合到端口4 （隔离端） 由于分支线混合网络有高度的对称性，任何端口 都可以作为输入端口，输出端口总在输入端口相 反的一侧，而隔离端是输入端口同侧的余下端口
考虑C＝-3dB时所得的定向耦合器与功率分配器的关系？
6.2 耦合微带定向耦合器
两平行微带线的长 度为四分之一波长 在辅线上耦合输出 的方向与主线上传 播的方向相反，也 称为反定向耦合器
耦合线方向性解释
磁耦合：电流i1的交 变磁场会在辅传输线 激励起相反方向传输 的电流IL
主传输线和辅传输线相互靠近， 相互间有能量耦合，有电耦合 (以耦合电容表示)，也有磁耦合 (以耦合电感表示)
第六章 定向耦合器
在射频/微波领域按一定相位和功率关系分 配功率的器件称为定向耦合器，通常具有 无耗、互易、匹配的特性 在混频器、倍频器、衰减器、移相器、功 率放大器等微波电路中应用较多。
定向耦合器的基本指标
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，也就跟频率有关系 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
1 S 21
1 S 31
2
2
I (dB ) 10 lg
P4 P 1
10 lg
1 S 41
2
D(dB) 10 lg
P 3 P4
I C
6.1 集总参数定向耦合器
低通式L-C
高通式L-C
集总参数定向耦合器设计公式
举例说明定向耦合器的用途
举例说明定向耦合器的用途定向耦合器是一种用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤的光学器件。
它可以用于各种应用，例如光通信、光传感、激光器与光纤耦合等。
下面将举例说明定向耦合器的几个常见用途。
1. 光通信系统中的光纤耦合：在光通信系统中，定向耦合器常用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤。
例如，当需要将光信号从一根主干光纤分配到多根分支光纤时，可以使用定向耦合器实现光信号的分配与传输。
2. 光传感系统中的光纤耦合：在光传感系统中，定向耦合器可以用于将光信号从传感器耦合到光纤中，实现对环境参数的测量与监测。
例如，将光纤传感器用于温度、压力、应变等参数的测量时，需要使用定向耦合器将光信号从传感器传输到光纤中进行信号处理与分析。
3. 激光器与光纤耦合：在激光器与光纤耦合的应用中，定向耦合器可以实现将激光器的输出光束耦合到光纤中，实现激光器与光纤之间的能量传输与耦合。
例如，在激光器与光纤放大器的耦合应用中，需要使用定向耦合器将激光器的输出光束耦合到光纤放大器中进行光信号放大。
4. 光学仪器中的光纤耦合：在光学仪器中，定向耦合器可以用于将光源与检测器之间的光信号耦合。
例如，在光谱仪、光学显微镜等仪器中，需要使用定向耦合器将光源发出的光信号耦合到检测器中进行信号检测与分析。
5. 光纤传输中的光信号耦合：在光纤传输系统中，定向耦合器可以用于将光信号从一根光纤耦合到另一根光纤，实现光信号的传输与分配。
例如，在长距离光纤传输系统中，为了提高光信号的传输效率，可以使用定向耦合器将光信号从一根主干光纤分配到多根分支光纤中进行传输。
6. 光纤传感网络中的光纤耦合：在光纤传感网络中，定向耦合器可以用于将光信号从传感器耦合到光纤中，实现对环境参数的实时监测与控制。
例如，在智能城市、智能交通等应用中，可以使用定向耦合器将光纤传感器的信号耦合到光纤网络中，实现对环境参数的远程监测与控制。
7. 光学成像中的光纤耦合：在光学成像中，定向耦合器可以用于将光信号从成像装置耦合到光纤中，实现光学成像信号的传输与分析。
定向耦合器指标
定向耦合器指标定向耦合器是一种常用的微波器件，主要用于功率的分配和组合，以及信号的测量和处理。
其性能指标对于整个系统的性能至关重要。
本文将对定向耦合器的主要性能指标进行详细介绍。
一、耦合度耦合度是定向耦合器最重要的性能指标之一，它表示耦合端口输出信号与输入信号之比。
通常用分贝（dB）来表示。
耦合度的选择取决于系统的具体需求，如需要将主信号的多少部分分流出来，以及需要将多少功率传输到负载等。
一般来说，耦合度越高，意味着更多的功率被分流出来，反之则更少的功率被分流。
在设计定向耦合器时，需要根据系统的具体要求和用途，选择合适的耦合度。
二、方向性方向性是定向耦合器的另一个重要指标，它表示定向耦合器对指定方向的信号具有较高的传递系数，而对相反方向的信号具有较低的传递系数。
方向性的大小取决于定向耦合器的设计结构和工艺水平。
一般来说，方向性越高，意味着定向耦合器的信号传递性能越好，越能有效地抑制反向信号的干扰。
因此，在某些需要防止信号反向泄漏或提高信号传输可靠性的系统中，应选择高方向性的定向耦合器。
三、隔离度隔离度表示定向耦合器的输出端口之间的信号相互隔离的程度。
理想的定向耦合器应具有完全的隔离，以避免信号在各输出端口之间的相互干扰。
然而，由于各种因素的影响，实际的定向耦合器隔离度总是存在一定的限制。
隔离度的高低取决于定向耦合器的设计、工艺和材料等因素。
在实际应用中，应根据系统的具体要求选择隔离度合适的定向耦合器，以保证系统的稳定性和可靠性。
四、带宽带宽表示定向耦合器正常工作的频率范围。
理想的定向耦合器应在较宽的频带内具有一致的传输特性和相位特性。
然而，由于各种因素的影响，实际的定向耦合器带宽总是存在一定的限制。
带宽的大小取决于定向耦合器的设计、工艺和材料等因素。
在实际应用中，应根据系统的具体要求和用途选择带宽合适的定向耦合器，以保证系统的正常工作和稳定性。
五、驻波比驻波比（VSWR）表示定向耦合器输入端的电压最大值与最小值之比。
什么叫“定向耦合器”？使用定向耦合器注意事项
什么叫“定向耦合器”？使用定向耦合器注意事项
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。
什幺叫“定向耦合器”？
耦合器的主要功能就是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。
目前，主要有两种类型的定向耦合器：具有一个耦合端口和一个端接端口。
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。
定向耦合器
定向耦合器定向耦合器及等效电路定向耦合器是无源和可逆网络。
理论上，定向耦合器是无耗电路，而且其各个端口均应是匹配的。
图１（ｂ）定义了定向耦合器各端口的属性。
当信号从端口１输入时，大部分信号从端口２直通输出，其中一小部分信号从端口３耦合出来，端口４通常接一个匹配负载。
如果要将定向耦合器反过来使用，则端口１和２，端口３和４的属性要互换定义。
定向耦合器可以由同轴、波导、微带和带状线电路构成。
通常，定向耦合器用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成；此外，作为网络分析仪，天线分析仪和通过式（ＴＨＲＵＬＩＮＥ ）功率计等测试仪器的核心部件，定向耦合器所起的作用是正向和反射信号的取样。
定向耦合器的方向性是一项至关重要的指标，尤其是作为信号合成和反射测量应用时。
２．各项指标的定义在理想情况下，当信号功率从端口１输入时，输出功率只应出现在端口２和端口３，而端口４是完全隔离的，没有功率输出。
但是在实际情况下，总有一些功率会泄漏到端口４。
设端口１的输入功率为Ｐ１，端口２，３和４的输出功率分别为Ｐ２，Ｐ３和Ｐ４，则定向耦合器的特性可以由耦合度，插入损耗，隔离度和方向性等四项指标来表征，单位均为ｄＢ。
请注意在以下的描述中，所有的指标均表示为正数，而在实际应用中，则是用负数来进行各种计算的。
耦合度：耦合度表示从端口１输入的功率和被耦合到端口３部分的比值，表示为：耦合度（Ｃ）＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１ Ｐ３）插入损耗：插入损耗表示从端口１到端口２的能量损耗，表示为：插入损耗（ＩＬ）＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１ Ｐ２）请注意端口１的输入功率有一部分功率是被耦合到端口３的，所以应导入一个“耦合损耗”的概念，下面是各种耦合度下的耦合损耗值：耦合度耦合损耗６ｄＢ１．２００ｄＢ１０ｄＢ０．４６０ｄＢ１５ｄＢ０．１４０ｄＢ２０ｄＢ０．０４０ｄＢ３０ｄＢ０．００４ｄＢ通常所说的从端口１到端口２的插入损耗是传输损耗和耦合损耗之和。
举例说明定向耦合器的用途
举例说明定向耦合器的用途定向耦合器是一种用于将电磁波能量从一个波导传输线耦合到另一个波导传输线的无源无源器件。
它的主要功能是在不同的波导或微带线之间传输无线电频率能量，并保持较高的磁场或电场强度。
定向耦合器广泛应用于无线通信系统、微波测量仪器、雷达设备等领域，用于传输和分配射频信号。
以下是几个定向耦合器的常见应用示例：1.无线通信系统：在无线通信系统中，定向耦合器用于将天线发送的无线电频率信号耦合到接收器中。
它可以确保高效的信号传输，并且在信号传输过程中最小化功率损耗。
定向耦合器还可以用于分配功率到多个天线，实现无线通信的覆盖范围扩展。
2.微波测量仪器：在微波测量仪器中，定向耦合器用于将微波信号从测试设备传输到被测试设备中，并从被测试设备中接收反射信号。
定向耦合器允许测量设备与被测设备之间进行双向通信，以实现高精度的测量和分析。
3.雷达系统：在雷达系统中，定向耦合器用于引导射频能量到天线阵列中的每个天线。
它能够确保雷达系统能够收到来自不同角度和方向的信号，并将其聚焦在目标上。
定向耦合器还可以用于将雷达信号分配到不同的接收器中进行信号处理和分析。
4.通信基站：在通信基站中，定向耦合器用于将基站发送的无线信号耦合到天线根面上。
这些天线将信号广播到周围的地区，实现无线通信。
定向耦合器的使用可以有效地控制信号的传输和分配，以及最大限度地减少信号衰减。
5.太阳能系统：在太阳能系统中，定向耦合器用于将太阳能电池板收集到的能量传输到电池储存系统中。
定向耦合器可以最大限度地增加太阳能电池板收集到的能量，并将其有效地转化为可用的电力。
总的来说，定向耦合器用途广泛，可以在各种领域中实现高效、稳定的无线电能量传输和分配。
它在无线通信、测量仪器、雷达系统、基站和可再生能源等领域发挥着重要作用，并促进了现代通信和电力技术的发展。
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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]。
RFID技术是在雷达的理念的基础上，并由此进化出来的一类新型自动识别技术。
19世纪40年代，哈里斯托克曼所创新的“利用反射功率的通信”从而奠定了无线射频技术的相关基础理论[2]。
无线射频识别系统一般由电子标签（应答器）和阅读器（读头）这两个部分构成。
RFID 的现实运用中[10,11]，电子标签贴敷于被识别物体的表面或内部，每当带有着电子标签的被识别物体经过它的可识读范围内，阅读器可以自己用非接触的方式将电子标签中的识别信息提取，进而达到自动收集物品标志信息或自动识别物品的性能。
RFID技术起始于上个世纪90年代，它是一个新的自动化识别技术，而且发展迅速且得到了很大的肯定。
RFID是一类新型的无接触识别技术，它运用发射射频信号经过空间的耦合来自动识别需要识别的物体。
RFID技术相比于早期的识别技术如IC卡等最大的优势在于其并不需要与待识别物体接触就可以实现自动识别的功能，因此这一技术在射频通信领域得到了十分迅速的发展。
无线射频识别技术应用范围非常大，如制造，信息，材料等新技术方面，也覆盖了无线通信，芯片设计，集成系统，信息安全等层面。
在21世纪初，美国，欧洲等西方发达国家及地区已申请了数千项涉及到RFID的专利。
因而，我国目前将RFID技术的列入深入研究已经是迫不及待且有着十分重大的影响。
RFID技术的研究迅速依赖着很多技术的共同进步。
其所涉及的关键技术包括：芯片、无线接收发、电磁传播、数据转换和编码等。
RFID技术的发展路程已经跨过50个年头，21世纪的这些年中它的发展很快。
伴随技术的迅速发展，RFID衍生物品的类别将会越来越多，而随之而来的应用也会更多。