12_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。
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。
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
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，。
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。
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。
定向耦合器的应用
定向耦合器的应用定向耦合器是一种重要的光学器件，广泛应用于光通信、光传感和光学测量等领域。
本文将以定向耦合器的应用为主题，介绍其在不同领域中的具体应用情况。
一、光通信领域在光通信领域中，定向耦合器主要用于光纤连接和光信号的传输。
它能够将来自不同方向的光信号耦合到单一的光纤中，实现多路复用和解复用的功能。
定向耦合器还可以用于光纤光栅传感网络中，将光信号从主线耦合到分支线上，实现对分支线的实时监测和控制。
二、光传感领域在光传感领域中，定向耦合器被广泛应用于光纤传感系统中。
通过将光纤传感器与定向耦合器相结合，可以实现对环境参数的高灵敏度测量。
例如，将光纤传感器与定向耦合器连接，可以实现对温度、压力、湿度等参数的实时监测。
此外，定向耦合器还可以用于生物医学领域，实现对生物分子的检测和分析。
三、光学测量领域在光学测量领域中，定向耦合器被广泛应用于光谱分析、光学成像和光学干涉等方面。
例如，在光谱分析中，定向耦合器可以将来自不同波段的光信号耦合到光谱仪中，实现对光谱的高分辨率测量。
在光学成像中，定向耦合器可以将来自不同方向的光信号耦合到像机上，实现对目标物体的高清晰成像。
在光学干涉中，定向耦合器可以将来自不同光路的干涉光信号耦合到干涉仪上，实现对光程差的测量。
四、其他领域除了以上领域，定向耦合器还有许多其他的应用。
例如，在光纤传输系统中，定向耦合器可以用于光纤连接的调整和优化，提高光信号的传输质量。
在光学传感器中，定向耦合器可以用于光信号的收发和调制，实现对环境参数的精确测量。
此外，定向耦合器还可以用于光学器件的测试和校准，提高光学系统的性能和稳定性。
定向耦合器作为一种重要的光学器件，在光通信、光传感和光学测量等领域中具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，定向耦合器的性能和功能将不断提升，为各个领域的应用提供更加可靠和高效的解决方案。
希望本文的介绍能够增加读者对定向耦合器应用的了解，并促进相关技术的发展和应用。
《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
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重要的高频组件，在微波通信以及有线无线通信系统中都有广泛应用。
它可以把发射机发出的高频波束指向接收天线，从而提升系统的发射效率，有效地阻隔其它未被指向的天线，从而实现系统的灵敏度改善，同时也能避免干扰对有线无线系统的影响。
定向耦合器的工作原理是：定向耦合器是一种由一个非短路的源端和一个非短路的接收端组成的一个结构，它能够将来自于源端的波束指向接收端，而同时阻隔其它未被指向的天线。
定向耦合器的源端主要由发射机发出的高频波束和定向耦合器内部的反射板组成。
其中发射机发出的高频波束会经过反射板反射，最后从源端指向接收端。
反射板可以改变发射机发出的高频波束的方向，使之指向接收端，实现有效的阻隔效果。
定向耦合器的接收端可以是一个简单的、由多棱锥和横截面的组合结构的天线，也可以是一个更复杂的、由多路散射器组成的多棱锥结构。
此外，接收端还可以是一个联合结构，由一个朝向源端的反射片和一个朝向另一端的反射片组成，其中反射片可以将发射机发出的高频波束反射和改变其指向，从而有效地实现定向耦合的效果。
当定向耦合器的源端和接收端都设置好之后，就可以实现定向耦合的功能了。
首先，发射机发出的高频波束会经过定向耦合器的反射板，随后将反射后的高频波束指向接收端，实现指向性耦合的效果。
然后，定向耦合器的反射板会通过另外一个反射板将波束反向发射到源端，从而形成一个完整的循环。
此外，定向耦合器还可以进一步增强反射效果，即把原本指向接收端的波束反射回源端，从而阻碍接收端的波束传输。
定向耦合器的工作原理是由其内部结构中的源端、反射片和接收端组合而成的，可以有效地把发射机发出的高频波束指向接收端，从而提升系统的发射效率，有效地阻隔其它未被指向的天线，从而实现系统的灵敏度改善，同时也能避免干扰对有线无线系统的影响。
因此，定向耦合器在微波通信以及有线无线通信系统中都有广泛应用，为微波通信和有线无线通信的发展提供了方便。
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。
微波射频学习笔记12.定向耦合器
平行线耦合器一、基本原理两根紧挨着的微带线，一根通信号，因为电磁场的相互作用，另一根会有功率耦合。
当电磁波通过主线时，本身是携带电场和磁场的，由于两根传输线距离很近，类似电容，所以主线上的交变电流通过电容，将两股方向相反的电流耦合到耦合线上；同时根据电磁感应定律，磁场中的导线会产生方向相反的感应电流，故上图②端口和下图4端口会产生叠加的功率，而③口，因为电场和磁场产生电流的方向相反而抵消。
正因此，③口称为隔离端，另一个口称为耦合端。
二、单节平行线耦合器结构1.①为信号输入；②为耦合端口；③为隔离端口；④输出端口；2.两线耦合段线长1/4波长，线宽为50Ω匹配（耦合部分，可稍细）；3.因为是对称设计，输入输出端口可反，同时耦合隔离也会反过来。
三、设计指标1.插入损耗：输入输出直通的S21/S12；2.电压驻波比：主要看S11和S22，S33和S44一般较好；3.耦合度：耦合能量的大小，和线距离远近有很大关系（能有多近，看加工精度）；4.隔离度：隔离端口的损耗值，耦合的能量越小越好；5.方向性= |隔离度| - |耦合度|，①耦合段改成锯齿状②带状线耦合可提高方向性（因为微带线奇偶模两种模式相速不同，在空气-介质界面有不同的场结构，所以降低了方向性）。
6.承受功率：线越宽，承受功率自然就越高。
四、HFSS仿真验证仿真模型如下：仿真结果如下：从仿真图上可以看到，损耗极小，耦合度在26dB左右；隔离度在37dB左右，所以方向性为11dB，符合理论，有实际效果，但方向性太差。
下图的模型可以稍稍提高一点方向性。
五、耦合器设计过程和Wilkinson功分器一样，单节1/4波长传输线带宽太窄，宽带需要多节设计。
1.单节耦合器（带宽窄）（1）已知耦合度和特征阻抗Z0第一步：算出耦合系数CC= 10-M/20（M为耦合度）第二步：算出偶模和奇模的特征阻抗Z0e和Z0oZ0e= Z0√（（1+C）/（1-C））Z0o= Z0√（（1-C）/（1+C））第三步：算出线长、线宽和耦合度软件Genesys中的小工具Tline计算得出（公式计算，过于复杂）（2）已知耦合度和特征阻抗Z0可以直接用小工具：哈哈哈哈哈哈哈，那我为啥还要写（1），哈哈哈哈，太蠢了。
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。
定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性
定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性时间：2015-08-11 来源：天线设计网TAGS：定向耦合器耦合器无源器件定向耦合器的技术指标定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，在射频系统中有着广泛的应用，如功率监控系统、测试系统、功率分配系统等。
定向[天线设计网]耦合器的种类繁多。
（1）定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端口3）和隔离端（端口4)。
（2）当信号从输入端输入时，除了一部分功率直接从直通端输出外，同时还有一部分功率耦合到耦合端输出，但不会从隔离端输出。
（3）如果耦合端与直通端同方向，则称为“同向定向耦合器”。
反之，称为“反向定向耦合器”。
除了所有器件都有的一些指标外，如电压驻波比、工作带宽外，定向耦合器的主要技术指标有耦合度、方向性和隔离度。
[天线设计网]设输入功率为 P1，直通端、耦合端和隔离端在接匹配负载时的输出功率分别为P2， P3， P4。
耦合度C定义：方向性D定义：理想情况下隔离度I定义：理想情况下很显然有以下关系：实际上，[天线设计网]方向性和隔离度同属表征定向耦合器定向性能的指标，故而取其一就够了。
理想定向耦合器特性【定理】互易、无耗、对称、完全匹配的四端口网络可以构成一个理想的90°定向耦合器。
证明：根据互易、对称、完全匹配，有利用无耗网路S矩阵的幺正性：可得，可见，S12、S13和S14中[天线设计网]必然有一个为零，由于端口2为直通端口，故S12不为零。
（a）设S14＝0（正向定向耦合器），则（b）设S13＝0（反向定向耦合器），则得证。
结论：理想定向耦合器耦合端与直通端输出功率之和等于输入功率。
理想定向耦合器直通端与耦合端相差90度。
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定向耦合器称为强耦合定向器。
Dept of Electronic & Information Engineering
广州学院
方向性D定义
P3 S31 D 10lg 20lg P4 S41
Guangzhou College of SCUT
D越大，反向传输的功率越小，方向性越好。
理想情况下： P4 0, D
在实际应用中，常对定向耦合器的工作频带内 提出一个最低的方向性要求。
Dept of Electronic & Information Engineering
广州学院
隔离度I定义
P 1 1 I 10lg 20lg P4 S41
Guangzhou College of SCUT
理想情况下 P4 0, I 显然
0 S [ S ] 12 S13 S14
S12 0 S14 S13
S13 S14 0 S12
S14 S13 S12 0
利用无耗网路S矩阵的幺正性
[S ] [S ] [1]
Dept of Electronic & Information Engineering
Guangzhou College of SCUT
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广州学院
耦合线参数：偶模 w=0.941 mm，s=0.736mm，Zce＝60.07Ω (设计 值59.9)λge=1*360/9.64= 37.34 mm
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(4)
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(3)
(3)
(4) (2) (b)
(1) (a)
(2)
(1)
同向定向耦合器
反向定向耦合器
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除了所有器件都有的一些指标外，如电压驻波
比、工作带宽外，定向耦合器的主要技术指标 有耦合度、方向性和隔离度。
6.2 理想定向耦合器特性
【定理】互易、无耗、对称、完全匹配的四端口 网络可以构成一个理想的90定向耦合器。
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证明：根据互易、对称、完全匹配，有
S11 S22 S33 S44 0 S12 S21 S34 S43 S13 S31 S24 S42 S14 S41 S23 S23
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工作原理（定性分析）
当电磁波由端口1输入时，端口3上的输出波是
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有由K1-H1线和H1-K1的两条分支线传输过来 的波，且同相相加，因此，端口3有输出；
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可得
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| S12 |2 | S13 |2 | S14 |2 1 * * S13 S14 S14 S13 0 * * S12 S14 S14 S12 0 S S * S S * 0 12 13 13 12
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两种电流在端口3同向相加，在端口4反向相 减。在适当的耦合条件下两部分信号在端口4 相互抵消，使端口4无输出，只有端口2和3有 输出，从而构成反向定向耦合器。
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MWO仿真
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耦合度不满足指标要求
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MWO仿真调整-利用TUNER工具
分支线定向耦合器
混合环
教材P129-138
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6.1 定向耦合器的技术指标
定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，
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在射频系统中有着广泛的应用，如功率监控 系统、测试系统、功率分配系统等。
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耦合线长度
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书中，
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MWO建模
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S31 P P 1 3 1 I 10lg 10lg 20lg 20lg CD P P4 S31 S41 3
实际上，方向性和隔离度同属表征定向 耦合器定向性能的指标，故而取其一就 够了。
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12 13 900
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设S13＝0（反向定向耦合器），则
| S12 |2 | S14 |2 1 * * S12 S14 S14 S12 0
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广州学院 [例6-1]设计一平行耦合线定向耦合器，中心频率 f0=3GHz,耦合度C=15dB，输入输出线特性阻抗 Zc=50Ω,介质基片εr=9.6,h=1mm。 解: 设计参数确定
改善频带宽度的方法
单节耦合线定向耦合器的频带比较窄，为了增
宽频带可采用多节定向耦合器相级联。
平行耦合线定向耦合器的耦合强弱与两线间距
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有关，间距愈小，耦合愈强。但耦合太强，工 艺上又无法实现，因此常采用两只弱耦合定向 耦合器相串接的办法得到强耦合定向耦合器。
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射频电路与天线 RF circuits and antennas
第六章
定向耦合器
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主要内容
定向耦合器的技术指标
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理想定向耦合器的特性 平行耦合线定向耦合器
当w=0.95 mm，s=0.77 mm时满足指标要求
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6.4 分支线定向耦合器
（4）
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，
（2）
K1 , H1 分别为各支线的特性导纳，在中心频率 上支线长度均为1/4波长，电长度为 0 / 2 K 0为输入输出线的特性导纳。
得证。
e j (12 14 ) e j (12 14 ) 2cos(12 14 ) 0 12 14 900
理想定向耦合器耦合端与直通端输出功率之 和等于输入功率（能量守恒）。
理想定向耦合器直通端与耦合端相差90度。
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耦合器。
按照输出的方向分类：同向定向耦合器、反向
定向耦合器。
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定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端
（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端 口3）和隔离端（端口4)。
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物理尺寸确定 根据Zc=50Ω，应用MWO中的TXLINE，可得输
入输出微带线宽度W1=0.98mm
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耦合线参数：奇模 w=0.941mm，s=0.736mm，Zco＝41.5Ω(设计值 41.8) λgo=1*360/8.61= 41.84 mm
而端口2的输出波是由K1和H1-K1-H1两条分支
线传输过来的波，且反相相减，端口4的输出 波是由H1和K1-H1-K1两条分支线传输过来的 波，也是反相相减。如果适当地选择微带线特 性导纳K1和H1，可以使得端口4没有输出，而 端口2有输出，且相位与端口3相差90度；
因此，这种定向耦合器为正向定向耦合器。
定向耦合器的种类繁多。
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按照传输线类型分类：波导型、同轴线型、微