X波段波导窄边定向耦合器的设计
Ka波段3dB定向耦合器的设计与仿真
Ka波段3dB定向耦合器的设计与仿真摘要：定向耦合器广泛地用在现代微波系统中，文中介绍了两种应用在平衡式放大器中的3dB定向耦合器。
首先对微带分支线耦合器与波导耦合器进行了理论分析，然后利用电磁仿真软件HFSS，对两种耦合器进行了建模仿真、仿真结果验证了这两种定向耦合器的可实现性，最后比较了两种耦合器的性能，并且总结了各自的特点。
关键词：Ka波段；定向耦合器；分支线耦合器；波导耦合器1 引言在微波通信系统中定向耦合器是一种用途广泛的微波器件，比如可以用在在信号发生器中的功率临视装置，以及接收机中的混频器。
另外，自动增益控制、平衡式放大器、反射计以及调相器和微波阻抗电桥等测量仪器也要用到定向耦合器。
构成定向耦合器的结构有波导、微带线、带状线、同轴线等。
因此，定向耦合器的种类很多，但是不同种类的定向耦合器差异很大。
平衡式放大器的稳定性很好，输入输出驻波也很低，而且由于良好的低噪声特性，平衡结构的放大器在微波波段的低噪声放大器中被普遍采用。
因此对于平衡式放大器中定向耦合器的研究就具有很高的现实意义。
本文对微带分支线耦合器和波导E面耦合器做了理论分析，然后利用电磁仿真软件进行了建模仿真，通过对仿真结果做了比较，最后得出结论。
2 耦合器的分析与设计(1)主要设计指标工作频带：29GHz～31GHz同波损耗：≤-20dB输出端口幅度不平衡度：≤1 dB输出端口隔离度：≤-20dB(2)分支线耦合器的分析与仿真如图1所示，分支线定向耦合器有主线、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频率工作波长的。
设主线入口线1的特性阻抗为Z1=Z0，主线出口线2的特性阻抗Z2=Z0k(k为阻抗变换比)，副线隔离端4的特性阻抗为Z4=Z0，副线耦合端3的特性阻抗为Z3=Z0k，平行连接线的特性阻抗为ZOP，两个分支线特性阻抗分别为Zt1和Zt2。
假设输入电压信号从端口1经A点输入，则达到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。
《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
0.5 THz 波导双定向耦合器设计说明书
第19卷 第1期太赫兹科学与电子信息学报 Vo1.19，No.12021年2月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Feb.，2021 文章编号：2095-4980(2021)01-0024-030.5 THz 波导双定向耦合器设计李小玲，赵广峰(中电科仪器仪表有限公司，山东 青岛 266555)摘 要：介绍了0.5 THz 波导双定向耦合器的原理分析及仿真设计。
采用双排多孔等间距不等孔径的方案，设计了0.325~0.5 THz 宽带波导双定向耦合器，并给出了仿真及测试曲线。
测试结果显示，0.5 THz 波导双定向耦合器在0.325~0.5 THz 全波导带宽内耦合度为(7.6±1) dB ，方向性大于18 dB ，输入端口回波损耗大于16 dB 。
该耦合器性能优越，已用于S 参数测试系统中。
关键词：太赫兹；双定向耦合器；小孔耦合中图分类号：TN622 文献标志码：A doi ：10.11805/TKYDA2019408Design of THz waveguide dual directional couplerLI Xiaoling，ZHAO Guangfeng(China Electronics Technology Instruments CO.,LTD，Qingdao Shandong 266555，China)Abstract：The theory and simulation of the 0.5 THz waveguide dual -directional coupler is introduced. By using scheme of double rows, equal spacing, different diameters of multiple holes, the 0.325- 0.5 THz broadband waveguide dual -directional coupler is realized, and the simulation and test curves are given. It indicates that, the coupling factor is 7.6 dB ±1 dB, the directivity is greater than 18 dB, and the return loss of the input port is greater than 16 dB. The coupler has excellent performance and has been applied to S -parameter test system.Keywords：THz；dual -directional coupler；hole coupled定向耦合器是一种具有方向性的四端口微波元件，由以耦合结构相联系的两对传输线构成，常用于功率的分配，由两路微波传输线相互耦合而成。
波导定向耦合器的设计
波导定向耦合器的设计
张清海;步顺福
【期刊名称】《原子能科学技术》
【年(卷),期】1989(000)004
【总页数】1页(P57)
【作者】张清海;步顺福
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN622.2
【相关文献】
1.等差方孔耦合型太赫兹波导定向耦合器设计 [J], 王颖;张斌珍;段俊萍;孙玉洁
2.圆波导-矩形波导小孔耦合定向耦合器设计 [J], 曹乃胜;罗勇;王建勋
3.高功率微波宽带波导定向耦合器设计 [J], 张翠翠; 王益; 王建忠
4.高功率微波宽带波导定向耦合器设计 [J], 张翠翠; 王益; 王建忠
5.0.5THz波导双定向耦合器设计 [J], 李小玲;赵广峰
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X波段波导窄边裂缝天线设计
0 引言
用BJ100标准波导。
波导窄边裂缝天线由许多开在矩形波导壁上的
（2）确定缝隙间距。设缝隙间距为d，天线最
近似半波缝隙组成，主要优点是口径分布易控制，
大辐射方向与天线法向的夹角为θ。根据指标要去
易于实现低旁瓣电平，效率高，结构紧凑，加工与
工作频率，选定矩形波导型号，计算出自由空间工
安装便捷。已经在多个领域获得了广泛的应用。 1 工作原理
2Φ0.5＝L×λ/(n×d)
（2）
式中，Φ0.5：波束宽度；L：对于泰勒分布取
67，均匀分布取51；λ：自由空间波长；n：缝隙个
基金项目：西安工程大学横向项目（2019KJ—173）。 作者简介：武永刚，航天恒星空间技术应用有限公司，工程师，硕士，研究方向：通信技术。 收稿日期：2021-03-26，修回日期：2021-04-12。
中图分类号：TN820.15 文章编号：1674-2583(2021)05-0018-02 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2021.05.007 中文引用格式：武永刚，薛蒲昌，谢亮亮，王俊博.X波段波导窄边裂缝天线设计[J].集成电路应用,2021, 38(05): 18-19.
作波长λ0和导内波长λg。选定θ的值后，由缝隙 间距d和θ角的关系如式（1）。
在主模传输的矩形波导内，当波导裂缝切断波 导壁上的电流线时就会有能量耦合出来[1,2]。裂缝与 波导耦合的强弱是裂缝在电流线垂直方向投影的长 度、裂缝中心处的电流密度、裂缝的尺寸、波导横 向尺寸，波导壁厚及工作频率的函数[3]。
Design of X-band Waveguide Narrow Edge Slot Antenna
WU Yonggang, XUE Puchang, XIE Liangliang, WANG Junbo ( Aerospace Star Space Technology Application Co., Ltd., Shaanxi 710077, China. )
定向耦合器
定向耦合器相关图片编辑词条参与讨论所属分类：基本物理概念天体物理学电子电子技术电子术语通信通信技术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。
X波段T／R组件中的定向耦合器
关键 词 ： 向耦合 器 ； 波段 ；Ｔ Ｃ 电 阻 负载 定 ｘ ＬＣ ；
中图分类 号 ：Ｎ ２ Ｔ ６２
０ 引
言
在 多层基 板上 ， 该定 向耦 合器 的输 入 、 出及耦 合 输 端 均设 置有 接地 共面 波 导 式 的测 试 端 口 ， 以使用 空 可
内部。因此 ， 采用方向性较好并且结构 紧凑符合要求 的宽边耦合带状线结构形式来设计该定向耦合器 。宽 边耦合带状线定 向耦合器方向性比平行耦合微带线定 向耦合器定向性好 ， 其主要原因是整个基板结构对称 ， 奇偶模相速不像耦合微带线那样有较大的差异。 组件 的 Ｌ Ｃ Ｔ Ｃ多层 基板 表 面 是 ３层 Ｌ Ｃ Ｔ Ｃ构 成 的
线 ， 合 就会 比要求 的 ２ Ｂ强 ， 则耦 ５ｄ 这时 可 以有两 种考 虑 。首先 是减少 总层 数 ， 这样 会使 线宽 变窄 ， 但 对线 条 精度 和 ２层之 间线 条 的对 位 精 度 要求 就 变 得 很 高 ； 所 以采用宽 边偏 移耦 合带状 线结 构 ， 图 ３所示 。 如
案 。该 电阻负 载 的结 构如 图 ５所 示 （ 下 表 面 的地 均 上
未 画 出） 。
１ ｌ ２ ｏ ０ ｇ ０】
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２． ０ｓ
２ １ ｇ ｑ 一２ｌ ｇ ｌ ＋ ａｑ 。 ｏ １ ｓ 口口
２ ・ １
收 稿 日期 ： ０ ６１—１ ２０ ．２１ 。
・
维普资讯
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微 电子 与基础产 品 ・
X波段波导环形器的设计与实现
ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗｓ ｔ ｕ ｎ ｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｉ ｍｐ ｅ ｄａ ｎ ｃ ｅ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ，ａ ｎｄ ｃ ｏ ｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗａ ｒ ｅ ＨＦＳ Ｓ ｗａ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｏ ｒ ｗａ ｓ ｆ ａ ｂｒ ｉ ｃ ａ － ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉｎ ｆ ａ ｌ ｌ ｙ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎｓ ｅ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ａ ｎ ０ ． ３ ｄ Ｂ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｏ ｌ ａ －
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ Ｘ－ ｂ ａ ｎ ｄ Ｗａ ｖ ｅ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ
ｒＡＮＧ Ｘｉ ａ ｎ — ｚ ｈ ｉ ，ＧＥ Ｊ ｕ ｎ — ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ，Ｌ Ｉ Ｈａ ｏ ，Ｗ Ａ ＮＧ Ｊ ｉ ｅ
X波段窄带波导滤波器的研究
X波段窄带波导滤波器的研究摘要：文章简述了滤波器的基本原理，涉及到变形低通滤波器的原型和频率变换，提出了一种孔耦合波导谐振器滤波器的结构，设计了中心频率为9.86 GHz 的窄带滤波器，中心频率处的插入损耗小于0.5 dB，阻带的衰减特性曲线相当陡峭。
通过实验验证了该设计方法的可行性和正确性。
关键词：窄带；谐振腔；波导；滤波器微波滤波器是微波系统中的用于分离或组合各种不同频率信号的重要元件。
在雷达、微波通讯等微波系统中常常采用多工作频率，频率间隔相差比较小，相临频率之间容易发生信号的相互干扰，所以通常利用窄带滤波器进行邻频隔离。
滤波器的结构形式比较多，如同轴线、微带、波导等结构形式。
其中微带结构形式滤波器的研究成果，在各类文献中常常出现。
本文介绍的X波段窄带波导滤波器，是一种孔耦合波导谐振器滤波器。
将波导按照一定的长度分隔成波导谐振器，各个谐振器之间通过“窗口”进行信号的耦合，使部分频率信号顺利通过，实现频率选择性的特点，即滤波器。
耦合“窗口”的尺寸对滤波器的性能起到十分关键的作用。
本文应用现代网络理论对孔耦合波导滤波器进行了分析和设计，并通过HFSS仿真软件进行滤波器的验证和修正。
1理论分析带通滤波器的设计一般从集中参数低通原型出发，［4］根据实际滤波器的衰减特性曲线，选择相应的逼近函数形式，确定滤波器的节数，从而设计出低通滤波器原型电路；经过频率变换后，电路由串联谐振电路和并联谐振电路组成，实际的微波结构很难实现，因此，必须将原来的低通原形进行修改，通过阻抗变换器、K变换器或J变换器等，成为变形低通原型，然后竟频率变换，导出带通滤波器。
波导带通滤波器的常见结构形式，是用波导膜片或电感销钉作为并联电感，1/2λ的波导段作为串联谐振器，由于补偿K变换器中负传输线长度，因此其实际长度均小于1/2λ。
对于相对带宽较低的窄带滤波，在实现过程中出现难以克服的困难，通带的损耗比较大，这是微波器件一个致命的弱点，微波系统对器件插入损耗的要求越来越高。
简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真的论文-通信技术论文
简论一种X波段波导缝隙天线的设计与仿真的论文通信技术论文摘要:给出了波导缝隙天线设计步骤,设计一种x波段波导缝隙天线,计算了天线口径、波导数量、缝隙的单元数量、宽度、位置等参数,设计半高波导宽臂耦合谐振缝魔t和差器,在此基础上完成了天线设计。
仿真结果表明,当中心频率为12 ghz时,和波束增益为28.9 db,第一副瓣电平为-22.2 db,所设计的天线形式可获得较好的和、差波束方向图、电压驻波比和增益等参数。
关键词:波导缝隙天线; 低副瓣; 辐射缝隙; 和差器design and simulation of waveguide aperture antenna working in x-bandli gao-sheng, lu zhong-hao, liu feng, he jian-guo(college of electronic science and engineering, national university of defense technology, changsha 410073, china)abstract: the procedures for designing a waveguide aperture antenna are presented. a waveguide aperture antenna working in x-band is designed. the aperture of antenna, number of waveguide, and parameters of aperture including number, width and location are calculated. a wide-arm coupling resonant aperture magic t comparator with half-height waveguide is designed, based on which the design of the antenna is finished. simulation results indicate that gain of the sum beam is 28.9 db and the first side lobe is -22.2 db at 12 ghz. the antenna can attain good parameters such as sum and subtract pattern, voltage stand wave ratio and gain.keywords: waveguide aperture antenna; low side lobe; radiation slot; comparator0 引言随着信息化水平的提高和无线电技术的发展,对高效率、低副瓣天线的需求日渐强烈,特别是弹载、机载搜索和跟踪天线,由于早年常用的抛物面天线固有的口径遮挡,难以在这两方面有大幅度提高,不能满足日益增长的需求。
波导定向耦合器报告
《微波电路与器件》电科09级设计实验波导定向耦合器班级：组长：组员：2012年5月17 日波导定向耦合器1.设计任务：当频率的范围在8.5 GHz到10.5GHz时，波导定向耦合器指标到达以下要求：驻波：<1.2插损：<0.5dB隔离：＞20dB耦合：3dB2.设计原理：定向耦合器的主要指标：(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。
(5) 隔离度:描述主路输入端口与耦合支路隔离端口的比例关系。
理想情况下,隔离度为无限大。
本设计要求用波导做定向耦合器，打开hfss ，建立十字逢波导定向耦合器模型，波导型号为BJ-84波导，两段一头密封的BJ-84波导垂直层叠，中间有厚度为0.5mm 的耦合十字逢，十字逢位于层叠部分的对角线上，距离封闭口距离为3/4个波导波长，根据计算波导中传输TE 10模式，其波导波长为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=a g 221λλλ根据公式计算波导波长，得出十字逢的位置。
3.ADS 中电路拓扑结构（或HFSS 中建模）：本实验采用的是波导型号BJ-84，a=28.5mm, b=13.6mm,十字缝的厚度为5mm ，两波导通过十字逢进行耦合，如图所示：十字逢长是有两个长1mm ，宽为5mm ，高为5mm 的长方体组合而成如图所示：(1)驻波比<1.2(2)插损<0.5（3）隔离度>20Db（4）耦合度3dB5.CAD版图：俯视图：侧视图5.后续工作建议：通过hfss仿真后的结果基本符合题目的要求，还存在一些小误差，要使结果达到题目要求，必须继续进行优化，使每一项指标达到最优，可将一些变量设置成一定范围的未知数，然后进行优化，找到最优解。
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。
波导定向耦合器
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
SF FS
在这一条件下,（22一2）式和（22一0）式完全相等。也就是说：在对称定向耦合
器条件下，理论定向性Dr和测量定向性Dm相等。
至于Dm和Dp的关系则更为明显：在端口4所接负载L4＝0的条件下Dm和Dr相
同。很自然还能进一步推论：若对称定向耦合器在端口4所接负载 论定向性Dr和实际器件定向性相同。
第三种，称为实际器件的定向性.D P
个它 三端定口义为网在络定的S向31耦与合S3器2 模端之口比4接，有再取L24 0情1o况g，下即，器件对外显示为三端口网络。这
DP
20 log s 31 s 32
(dB)
需要特别注意的（22一4）式不计（22一3）式尽管形式相同，但含义却是根本
不同的。（22一4）式的参数是有耗三端口网络的散射参数，而（22一3）式则
网络的 ，S它11 与原四端口网络 S 参数的关系已由附录4-1给出
s11
L4C'2 D'2 1 L4
由于 是原四端口网络的 ，S显11 见两者在
离度较大，即上式中
D0' ，因此
0L情4 况 下不相等，但实际上由于隔
S11
2，测量基本原理 （1）分贝耦合度C的测量 分贝耪合度C的测量系统见图22－4所示。采用衰减法可知
5．按图22－8系统测定输入驻波比 。
微波定向耦合器的原理与设计
微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计一、实验目的1．了解定向耦合器的原理；2．利用实验模组实际测量以了解定向耦合器的特性；3．掌握耦合器的设计方法。
二、实验原理定向耦合器是一种有方向性的功率耦合元件，可用来监视功率、频率和频谱；把功率进行分配和合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；还可用来测量反射系数和功率等。
定向耦合器是四端口网络结构，如图9-1所示。
图9-1 定向耦合框图它的信号输入端（port_1）的功率为，信号直通端（port_2）的功率为，信号耦合端（port_3）的功率为，而信号隔离端（port_4）的功率为。
在各端口均接匹配负载的情况下，定义下述各项技术指标：传输系数：式（9-1）耦合系数：式（9-2）隔离系数：式（9-3）方向系数：式（9-4）它们之间的关系为：式（9-5）定向耦合器常用于对指定流向微波信号的提取，或是相反地混合不同的信号。
在无内负载时定向耦合器往往是一四端口网络。
定向耦合器常有两种方法实现，一种是耦合线定向耦合器，其耦合区长度为四分之一波长，一个输入端口，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，剩余的一个端口称为隔离端，理论上隔离端不输出任何能量。
另一种为分支线定向耦合器，两输出端口结构上相邻，常用于强耦合场合。
关键参数指标及其含义耦合度：当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比的分贝值。
耦合分配损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主线插入损耗的理论值。
耦合分配损耗与耦合度的关系如下：耦合度耦合分配损耗3dB 3.00dB 6dB 1.20dB 10dB 0.46dB 15dB 0.14dB 20dB 0.04dB 30dB 0.004dB 主线插入损耗：当匹配负载接主线外各端口时，主线输出功率与输入功率之比的分贝值。
主线插入损耗包括能量耦合损耗和能量耗散损耗两方面。
X波段波导窄边定向耦合器的设计
图１ 定 向耦合 器 的仿 真结 果
科技资讯 Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ＆ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｃ Ｏ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
Ｓ ＝ ｊ Ｉ ＾ ｏ ４ －
ｌ
＋ ｌ ／ ２ ）
定向耦 合器耦 合孔 的间距 ， 是 ～ 个 重
率 系统 中， 通过定 向耦合器耦 合主传输 线 合 的 能 量 极 其 小 ， 耦合强度相当的低， 同时 的叠加模式， 即正 传 输 方 向相 位 相 同 叠加 ， 中的 部 分能 量 ， 可以测量微波信号的功率、 增 加 孔 的 直 径 也 受 到 波 导 窄 边 尺 寸 的 限 反 向相 位 相 反抵 消 。 在 波 导 的 窄边 上 ， Ｔ Ｅ １ ０
信息技术
Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ＆ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ． 一 ２ ０ １ ３ Ｎ Ｏ ． ２ ６ 皿圆
Ｘ 波段波导窄边定 向耦合器 的设计
王 抗 பைடு நூலகம்
（ 南京信 息职 业技 术学 院 江 苏南京 ２ １ ０ ０ ２ ３ ）
摘 要： 本文 简递 了 波 导 窄边 定 向耦合 器的基本 原理 及其应 用。 经过理 论分 析 ． 在 两种 形状 耦合 孔之 间进行 比较 ， 最终选 择 了鹏形的耦 合 孔， 给 出 了电磁 场软件仿真 和 实际 测试 的结果 。 测量结 构 与仿 真结果 基 本吻合 。 通过试验 验证 了该设 计 方法的正 确性 。 根 据本 文介绍 的方法 ， 可 以设 计其 它频率 的或 面耦合 方 式的定 向藕合 器 。 关键 词 ： 波导窄 边 仿真 定向藕合器 中圈分 类 号 ： Ｔ Ｎ ６ ２ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编号 ： １ ６ ７ ２ —３ ７ ９ ｌ （ ２ ｏ １ ３ ） ０ ９ （ ｂ ） 一 ０ ０ １ ５ －０ ２
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
1—30MHz双定向耦合器的设计与制作
此类定向耦合器的优点是功率容量大，适合高功率发射机中使用；它的缺点是
体积过于庞大[3]。
第二类，使用带状线实现。当两个无屏蔽的带状线紧靠在一起时，由于各个传输线的电磁场的相互作用，在传输线之间会有功率耦合。图1-3是作为定向耦合器的两根带状线。与波导方式不同耦合后的信号向耦合端传输的部分同向叠加，向隔离端传输的部分反向抵消（带状线尺寸与信号波长满足一定关系的情况下）。相比于用波导实现的定向耦合器，这种可以将尺寸做得更小[4][5][6][7]。
This paper presents the background of this topic at first.Then this paper introduce two kinds of coupling ways of bidirectional coupler.They are serial coupling and parallel coupling.These two kinds of coupling ways are the base of bidirectional coupler.This paper presents two different available circuit structure by combination two different coupling ways introduced in front .This paper deducesin detail the various parameters and comparestheiradvantages and disadvantages.Bidirectional couplerconsisted of two transformers is simple but its isolation is not good.Bidirectional couplerconsisted of three transformers is complex but its isolation is good.
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X波段波导窄边定向耦合器的设计
摘要:本文简述了波导窄边定向耦合器的基本原理及其应用。
经过理论分析、在两种形状耦合孔之间进行比较,最终选择了圆形的耦合孔,给出了电磁场软件仿真和实际测试的结果。
测量结构与仿真结果基本吻合。
通过试验验证了该设计方法的正确性。
根据本文介绍的方法,可以设计其它频率的或面耦合方式的定向耦合器。
关键词:波导窄边仿真定向耦合器
定向耦合器是一种方向选择性的微波传输器件,在微波技术中广泛应用。
它的本质是将微波信号按一定定向耦合器比例进行功率分配。
在微波系统中实现功率合成和分配,经常采用定向耦合器。
在微波大功率系统中,通过定向耦合器耦合主传输线中的部分能量,可以测量微波信号的功率、频率和频谱。
定向耦合器的结构形式是各种各样的,从传输线类型来分有波导、同轴、带线和微带定向耦合器等。
波导传输线传输损耗小功率容量大,结构简单可靠性高。
波导定向耦合器常见的耦合方式通过宽边的小孔耦合,Bethe、Collin提出小孔耦合理论奠定了波导定向耦合器的理论基础,R.Levy提出了多孔定向耦合器的实现方法。
本文采用窄边小孔耦合,多个间距1/4导波长的小孔连续耦合电磁波,因传输行程差而同相叠加或反相抵消,实现定向传输的功能,利用HFSS进行仿真,仿真中采用6个耦合孔,在窄边实现了定向耦合。
1 定向耦合器的分析
在20世纪50年代,根据Bethe小孔耦合理论,利用波导传输线实现了波导小孔耦合定向耦合器。
Bethe小孔耦合理论中小孔直径远小于波长,但远小于波长的小孔耦合的能量极其小,耦合强度相当的低,同时增加孔的直径也受到波导窄边尺寸的限制,因此,实际的耦合孔的尺寸需要合理的选择。
波导传输线的主模是TE10,耦合器的主波导和副波导均为3公分矩形波导,主副波导之间的金属壁厚为 1 mm,波导的厚度太薄其支撑强度小,容易出现波导变形。
由于耦合孔的存在会激起高次模,将耦合孔的位置离开波导输入输出端口一段距离,可以抑制高次模的输出,同时高次模的波导波长与主模的波导波长吧相当,选取合适的耦合孔的间距,也能限制高次模的耦合。
根据等间距多孔耦合理论,可以选择某一个模式的高次模在副波导中耦合,其多个耦合模相位彼此相反,互相抵消,耦合孔的间距S为:
定向耦合器耦合孔的间距,是一个重要的参数,能够保证副波导中耦合电磁波的叠加模式,即正传输方向相位相同叠加,反向相位相反抵消。
在波导的窄边上,TE10模的电场分量最小,此处的磁场分量最强,通过窄边小孔一般是磁场耦合,耦合的电磁场的近似解为:
其中为0阶第一类贝塞尔函数的导数的第n个根,r1为孔的半径。
主线中电磁场在传输过程中通过多个小孔耦合到副波导中,传输的路径也是相应多种途径,耦合到副波导中,各电磁场并互相干涉,在某一个方向上同相叠加有输出,另一个方向反相抵消五输出。
最为典型的是相距1/4导波长的双孔耦合,从主波导输入的信号分两路耦合到副波导中,与主波导同方向的端口,因电磁波传播路程相等,同相叠加有输出,另一个端口,电磁波传输的路程相差1/2导波长,反相抵消没有输出。
有输出端称为耦合端,无输出端称为隔离端。
理想情况下隔离端是没有功率输出的,但是小孔的尺寸并非远小于波长,由于孔的尺寸造成电磁场传输路径差有偏差,在隔离端不是理想的反相而有信号输出,显然,隔离输出的功率期望小一点。
2 定向耦合器的设计
波导定向耦合器采用窄边的小孔耦合,耦合孔可以看成小天线,在副波导内形成近场,受到复杂边界条件的影响,数学上是很难得到精确地解,可以将耦合孔等效为电偶极子和磁偶极子的组合体,可以视为小天线,在副波导中产生近区场,多个小天线产生的场互相叠加,同相增强反相抵消,耦合孔的间距决定了相邻场的相位差。
耦合孔的间距可以采取等间距的方式,耦合孔间距的确定是波导定向耦合器的重要设计内容。
本设计的波导为X波段,其中心频率为10 GHz,选用标准矩形波
导,其主模的波导波长及高次模的波导波长可以计算得到。
在孔等间距分布条件下,根据小孔耦合理论可以得到耦合孔的直径。
波导定向耦合器大多采用宽边孔耦合的方式,窄边耦合的方式比较少。
在本设计中两个平行的X波导,两波导窄边相连,波导之间分隔的金属壁为1 mm,在金属壁上设计了6个耦合孔,耦合孔的形式有两种:一种为方孔;另一种为圆孔。
耦合孔的间距为9.94 mm,方孔的尺寸为4×4,4×6,4×8三种情况,圆孔的半径为3、3.5、4,单位长度均为mm。
然后对数据进行比较,在参考较好的技术指标,对其尺寸进行适当的修改。
耦合孔的尺寸应该不在小孔的范畴,但现有的理论已经对大孔耦合做了详细的分析。
对于微波器件普遍存在着理论计算与实际结果之间的误差。
即时理论结果非常精确,但实际生产制造过程中有众多的影响因素,很难实现理论分析的结果。
通过实际的研究调试过程中,需要对器件的尺寸进行反复的修改,同时可以采用电磁场仿真软件,对设计的定向耦合器的理论数值进行仿真,在仿真过程中进行验证。
在软件中建立定向耦合器的腔体,将腔体的内表面定义为理想的导体面,两个波导均为标准X波导,长度为100 mm,公共壁为波导的窄边,设计的尺寸经过仿真得到其耦合结果,耦合孔的大小对耦合度影响比较大,耦合孔的间距会影响到隔离度。
3 定向耦合器的结果
X波段的波导口径为22.86×10.16,工作频率为9 GHz～11 GHz,理论设计的结果只是近似的值,在电磁场软件仿真中建模后,还需要通过大量的实验进行检验,对理论结果和仿真结果进行比较分析,可以指导实际的定向耦合器的元件加工尺寸,通过分析仪可以进行实物的测量、调试和修改设计尺寸,最终达到预定的技术指标。
在仿真过程中,对定向耦合器的模型,不断修改结构尺寸,经过多次计算,最终得到的结果如图1所示。
根据设计的结果,进行结构件的加工并试,在加工过程中解决了波导口径形变的问题,最终在网络分析仪上进行测量,实验表明,圆形的耦合孔在加工上比较方便,易于实现,且性能也比较好。
其测量结果见表1。
比较仿真结果与测量结果:耦合度两者均为17 dB左右,稍有一点偏差,方向性和端口的驻波系数有一定的差别,但总体趋势相同,其测量结构与理论分析的结果基本吻合。
本文介绍了X波段波导窄边定向耦合器,在两种形状耦合孔之间进行比较,最终选择了圆形的耦合孔,通过机械加工完成定向耦合器的功能,经过实际测量并且与仿真结果比较,测量结构与仿真结果基本相
同。
充分证明了该设计方法的正确性和可行性,具有十分重大的工程使用价值。
参考文献
[1] Janzen G,Stickel H．Multihole couplers for overmoded waveguide systems[R]．Stuttgart:University of Stuttgart,1983.
[2] 王抗美.基于C波段的E形微带天线的仿真计算[J].大学物理实验,2011.。