定向耦合器

S11 S [ S ] 12 S13 S14
S 12 S 11 S 13 S 14
S 13 S 13 S 33 0
S 14 S 0 S 44
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第六章 定向耦合器
对于普通的双 T接头，由于连接处结构突变，即使双T各臂均接匹配负 载，接头处也会产生反射，为了消除反射，通常在接头处加入匹配元 件(如螺钉、膜片或锥体等)，就可以得到匹配的双T，它具有下列重要 性质：
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
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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 Ui4 U rn
1 1 U i1e U i1o 2 2 1 1 0 ( ) U i 4e U i 4o 2 2 U rne U rno
R 10C 10
R 2b 2 .....................................(2) 2 2 1 a2 R
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第六章 定向耦合器
联立得
C 10 a1 10 1 a2 a1 R 1 2
b
1 a12 R
注：设计双分支定向耦合器尺寸方法
S S P D 10lg 3 10lg 31 2 20lg 31 D C P4 S41 S41
2
6
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
1 2 , U i 4e 1 2 U rne ?
1）偶模情况： U i1e
转移参量[ Ae ] [ A 1 ][ A2 ][ A 3]
0 0 j bY01 1 1 jbY ja Y ja Y 1 0 01 1 01 2 01 a2 b j bY01 jY ( b a a b ) a b 1 2 1 01
R (S21e S21o ) 2 R (S21e S21o ) 2
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第六章 定向耦合器
U r1 0 S11e S11o =0 U r 4 0 S11e S11o =0
Ae De Ao Do Be Ce Bo Co
a2 R a1 R(b2 a1a2 ) 1
0 1
Ao Bo 归一化转移参量 [ Ao ] C D o o a2 R b j R (b a1a2 b)
j b R a1 b R
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第六章 定向耦合器
Ae Ao , Be Bo , Ce Co , De Do
3）确定（a1，a2，b）
1 U r1 U r1e U r1o (S11e S11o ) U r 2 U r 2e U r 2o 2 1 U r 4 U r 4e U r 4o (S11e S11o ) U r 3 U r 3e U r 3o 2
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第六章 定向耦合器
三. 定向耦合器的技术指标 定向耦合器一般属于四端口网 ① 络，它有输入端、直通端、耦 合端和隔离端，分别对应右图 ④ 所示的1、2、3和4端口。
② 定向耦合器 ③
定向耦合器的主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入 驻波比和工作带宽。 (一) 耦合度C 耦合度 C 定义为输入端的输入功率 P1 与耦合端的输出功率 P3 之比 的分贝数，即 P C 10 lg 1 （dB) P3
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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。
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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 则有： S13 = -S23； (2)由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22； (3)当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口无输出，此时对称面为电场 的波腹点；反过来，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口输出最 大，此时对称面为电场的波节点。 H-T接头具有下列特性： (1)当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅同相相输出，用散射参量 表示则有： S13 = S23； (2)由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22； (3)当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口输出最大，此时，3端口对 称面处为电场波腹点；反之，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口 无输出，3端口对称面处为电场波节点。
1 0 0 1 1 [S ] 2 1 1 0 0 1 1 0 0
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第六章 定向耦合器
6－3 分支定向耦合器
分支定向耦合器是由两根平行的主传输线和若干耦合分支线组成。 分支线的长度及相邻分支线之间的距离均为p0/4。这种分支定向耦合器 可以用矩形波导、同轴线、带状线和微带线来实现。

（四） 频带宽度
1 S11 1 S11
频带宽度是指耦合度、隔离度 ( 或方向性 ) 及输入驻波比都满足指标要 求时，定向耦合器的工作频带宽度，简称工作带宽。
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第六章 定向耦合器
6-2 波导匹配双T
一、波导匹配双T的构成 矩形波导的T形接头有E-T接头和H-T接头两种，如图所示。其中E-T 接头的分支波导宽面与主波导中TE10模的电场所在平面平行；H-T接头 的分支波导的宽面与主波导中TE10模的磁场所在的平面平行。
U r1o U i1o S11o
U r 2o
奇偶模网络参量关系
பைடு நூலகம்
1 ( Ao Do ) ( Bo Co ) U r 4o 2 Ao Bo Co Do
R 2 Ui1o S21o R U r 3o 2 Ao Bo Co Do
第六章 定向耦合器
6-1 概述
一. 功 能 1. 耦合传输性
设电磁波从1口输入，除一部分从2口直接输出，另一部分能量 从3口输出——功率分配特性
2. 隔离性 1口输入的电磁能量从2口和3口输出，从4口无输出——定向耦 合性
① 定向耦合器 ④ ③
1
②
第六章 定向耦合器
二.分类 定向耦合器的种类很多。
Rb 2 1 a12 .......................(1)
Pi1 R 2 C 10 10 lg U R 10 又由 C 10 lg r3 2 Pr 3 Ur3 R 2ba2 jbR R 2b 2 2 U r 3 R ( Ae Be ) Ur3 2 2 1 a2 R 1 a2 2 R 2
P4
(dB)
在理想情况下，隔离端应无输出功率，即P4=0，此时隔离度为无限大。 但实际上由于设计或加工制作的不完善，常有极小部分功率从隔离端输 出，使隔离度不再为无限大。 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
波导型分支定向耦合器是由E-T分支构成，根据E-T分支的性质，分 支线是串联在主线上的，因此是串联结构；而同轴型、带状型和微带型 分支是与主线相并联的，因此是并联结构。
上图表示微带型双分支定向耦合器的结构示意图，它可等效为一个四端 13 口网络。它是一个对称、可逆、无耗的四端口网络。
第六章 定向耦合器
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
2
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。
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第六章 定向耦合器
二、 普通波导双T和波导匹配双T
将具有共同对称面的E-T接头 和H-T接头组合起来，即构成普 通双T接头，如右图所示。
④
S14 S24 ( ET ) S13 S23 ( HT ) S34 S43 0
③
双T接头可等效为一个可逆无耗四端口网络，其散射参量矩 阵为
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R 2 Ui1e S21e R U r 3e 2 Ae Be Ce De
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第六章 定向耦合器
2）奇模情况：U i1o
1 2 , U i 4o 1 2 U rno ?
转移参量 [ Ao ] [ A 1 ][ A2 ][ A 3]
0 0 j bY01 1 1 jbY ja Y ja Y 1 0 1 01 01 2 01 a2 b j bY01 jY ( b a a b ) a b 1 2 1 01
0 1
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第六章 定向耦合器
Ae Be 归一化转移参量 [ Ae ] C D e e a2 R b j R (b a1a2 b)
j b R a1 b R
U r1e U i1e S11e
U r 2e
1 ( Ae De ) ( Be Ce ) U r 4e 2 Ae Be Ce De
（一）双分支定向耦合器的工作原理