定向耦合器基础知识
《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
定向耦合器
Lp
成都信息工程学院电子工程系
RF&mw
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：
成都信息工程学院电子工程系
RF&mw
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
成都信息工程学院电子工程系
RF&mw
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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RF&mw
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
《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
• 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。
• 根据耦合器的耦合机理, 画出如上图 b所示的 原理图。 设端口“①”入射TE10波(u+1=1), 第一个小孔耦合到副波导中的归一化出射波为
• 和, q为小孔耦合系数。假设小孔很小, 到达第 二个小孔的电磁波能量不变, 只是引起相位差 (βd), 第二个小孔处耦合到副波导处的归一化
出射波分别为和在副波导输出端口“③”合成 的归一化出射波为
• 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
• 副波导输出端口“④”合成的归一化出 射波为
• 由此可得波导双孔定向耦合器的耦合度 为
电磁场课件-第四章定向耦合器
随着高速数字信号处理和实时信号处理技术的进步，定向 耦合器也正朝着高速化方向发展，以满足高速数据传输和 实时信号处理的需求。
面临的挑战
01
高性能指标
定向耦合器在实现小型化、集成化的同时，需要保持高性能的电性能指
标，如低插入损耗、高隔离度、低交叉极化等，这对器件的设计和制造
提出了更高的要求。
02
温度稳定性
定向耦合器的性能受温度影响较大，温度变化会导致耦合度、相位和幅
度的变化，影响系统的稳定性和可靠性。因此，提高温度稳定性是定向
耦合器发展的重要挑战之一。
03
可靠性
定向耦合器在长时间服役过程中可能会受到机械应力、热循环、湿度等
环境因素的影响，导致性能退化和可靠性下降。因此，提高器件的可靠
性和寿命也是当前面临的重要挑战之一。
方向性
带宽
方向性表示定向耦合器对特定方向的信号 有更高的耦合度。选择具有较高方向性的 定向耦合器可以提高信号的传输效率。
定向耦合器的带宽表示其工作频率范围， 应根据实际应用需求选择合适的带宽。
设计实例
Lange耦合器
Lange耦合器是一种常用的定向耦合器，具有高方向性和低交叉极化电平的特 点，适用于微波频段的信号传输。
工艺优化
采用先进的制造工艺和 加工技术，提高定向耦
合器的性能指标。
系统级优化
将定向耦合器与其他相 关器件进行协同设计和 优化，提高整个系统的
性能指标。
04
CHAPTER
定向耦合器的应用案例
通信系统中的应用
信号传输
定向耦合器在通信系统中 用于信号的定向传输，能 够实现信号的分离、合路 和监测等功能。
确定物理尺寸
根据选定结构形式和设计目标 ，计算出各部分物理尺寸，如 耦合缝隙、电长度等。
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
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s参数
定向耦合器s参数
定向耦合器是一种无线通信设备，用于从主传输线中耦合出部分信号，并将其传送到一个或多个接收端口。
S参数是描述这种设备性能的重要参数，包括：
1. 直通参数（S21）：表示信号从端口2传输到端口1的幅度。
2. 耦合参数（S31）：表示信号从端口1传输到端口3的幅度。
3. 隔离参数（S41）：表示信号从端口1传输到端口4的幅度。
4. 反射参数（S11）：表示信号从端口1反射回自身的幅度。
这些参数共同决定了定向耦合器的性能，如耦合度、工作频带等。
以上内容仅供参考，建议咨询通信工程领域业内人士获取更多专业信息。
定向耦合器(1).ppt
(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
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。
微波电路西电雷振亚老师的课件第6章定向耦合器
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。
第6章 定向耦合器--魏峰
c / 10
Z0s Z0 1 k Z0 p Z0 1 k k
9
西安电子科技大 学智能天线实验 室
步骤三: 利用下列公式计算出元件值: （1） 低通L-C式:
Z0s Ls 2f c 1 Cp 2f c Z 0 p
（2） 高通L-C式:
Cs Lp 1 2f c Z 0 s Z0 p 2f c
0.00 S2 1 －5.00 －10.00 －15.00 －20.00 －25.00 －30.00 －35.00 －40.00 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 FR EQ[GHz] 0.85 0.90 0.95 1.00 S1 1 S4 1
S3 1
dB
21
图 6-8平行线型耦合器仿真结果
上置导体
(c)
图 6-9 微带槽线耦合器
25
西安电子科技大 学智能天线实验 室
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
26
6.4 分支线型定向耦合器
♦
西安电子科技大 学智能天线实验 室
6.4.1 分支线型定向耦合器原理
23
西安电子科技大 学智能天线实验 室
(a )
输入端口 隔离端口 1 输入端口 直接端口
2
1
2
3 耦合端口
4 直接端口
3 耦合端口
4 隔离端口
(b )
C
图 6-9 Lange耦合器
24
西安电子科技大 学智能天线实验 室
W ′ h h W S W
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 -。
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。
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
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
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RF&mw
RF&MW ④
③
图 6-5平行线型耦合器
i1 1 Cm ic3 3 iL 2
ic4 4
图6-6
耦合线方向性的解释
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RF&mw
RF&MW
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。
1 C 1 C
1 C Z 0o Z 0 1 C Z 0e Z 0o (C ) Z 0e Z 0o
步骤三: 依据基板参数（εr, h）,利用软件 ADS 计算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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RF&MWFra bibliotek因在辅线上耦合输出的方向与主线上波传播的方向 相反,它也被称为“反向定向耦合器”。当导线1—2中 有交变电流i1流过的时候,由于4—3线和1—2线相互靠 近,4—3线中耦合有能量,能量既通过电场（以耦合电容 表示）又通过磁场（以耦合电感表示）耦合。通过耦合 电容Ｃm的耦合,在传输线4—3中引起的电流为ic4和ic3。
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,
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描述定向耦合器特性的三个指标间有严格的关 系,即方向性＝隔离度-耦合度。
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定向耦合器基础知识
• 这样可以用一耦合系数来表示小孔的耦合强度。
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）。
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。
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。
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。
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。
S13
2 隔离度
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• 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。
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1
一 结构原理
D10lgP3 20lgS13
P4
S14
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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
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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。
1 S11
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。
• 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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17ห้องสมุดไป่ตู้
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。
• 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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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。
1 S11
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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。
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10
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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。
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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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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。
C10lgP1 20lg1 (dB )
P3
S13
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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
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6
3 定向度
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。
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20
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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
|
1
cosl
|2
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理想条件下的性能指标
l 2n1,C C
• 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。
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2
P1 ① ④
P4
耦合 装置
P2 ② ③
P3
定向耦可合编辑器ppt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。
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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。
• 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。
• 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。