【2019年整理】定向耦合器
第6章定向耦合器
端 口 的 特 性 阻 抗 Z0 （ Ω ） 、 中 心 频 率 fc 、 基 板 参 数 （εr,h）。
步骤二: 利用下列公式计算出支线和主线的归一化 导纳a和b:
第6章 定向耦合器
C 20lg
C1
1
2f c Z 0 s
8.59 pF
L2
Z0 p
2fc
56.68nH
步骤四: 进行仿真计算,如图 6-3 所示。
第6章 定向耦合器 图 6-3低通L-C支路型耦合器等效电路
第6章 定向耦合器 仿真结果如图6-4
0.00
－ 5.00
－ 10. 00
－ 15. 00
－ 20. 00
定向耦合器61定向耦合器的基本原理62集总参数定向耦合器63耦合微带定向耦合器64分支线型定向耦合器65环形桥定向耦合器定向耦合器61定向耦合器的基本原理611定向耦合器的技术指标包括频率范围插入损耗耦合度方向性隔离度等
第6章 定向耦合器
第6章 定向耦合器
6.1 定向耦合器的基本原理 6.2 集总参数定向耦合器 6.3 耦合微带定向耦合器 6.4 分支线型定向耦合器 6.5 环形桥定向耦合器
第6章 定向耦合器
g
2
4
1
4
g
g
3
4
4
2
1
3
ZR 4
(a)
(b)
图 6-11 微带环形桥与波导魔T
第6章 定向耦合器
用波程相移理解这个原理比较简单： 当信号从端 口1输入时,到端口2为90°,到端口3为270°,故端口3 比端口2滞后180°。端口1的信号经端口2到达端口4为 180°,经端口3到达端口4为360°,两路信号性质相反, 在端口4抵消形成隔离端。
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
定向耦合器是一种用于将电磁波从一个波导或传输线路中耦合到另一个波导或传输线路中的器件。
它的工作原理是利用耦合结构中的电磁场相互作用来实现能量传输。
一种常见的定向耦合器是方向耦合器，主要由两个波导或传输线路、相互交叉的耦合结构和一个调整器件组成。
当电磁波从一个波导传输到耦合结构时，会发生与相邻波导的能量耦合。
耦合结构的设计保证了能量在不同波导之间的传输效率。
在实际工作中，通过调整器件可以改变波导之间的耦合强度，从而控制能量的传输。
具体来说，通过调整器件的位置、形状或参数等方式，可以改变波导之间的相位差，从而影响耦合效应。
通过适当的调整，可以实现不同耦合强度的定向耦合。
定向耦合器在微波和光纤通信等领域具有广泛的应用。
它能够将电磁波从一个波导或传输线路中耦合到另一个波导或传输线路中，实现能量的传输和分配。
通过合理设计和调整，定向耦合器可以实现高效的能量传输，有助于实现复杂的通信和传输系统的正常工作。
微波报告之定向耦合器
目录一、前言 (02)二、发展背景 (02)三、组成及分类 (03)四、原理简介 (03)五、定向耦合器的基本功能和参数指标 (04)1、耦合度 (05)2、隔离性 (05)3、定向性D (05)4、输出驻波比....................................... .065、工作频带宽度 (06)六、定向耦合器的应用 (08)七、总结 (11)八、参考文献 (12)定向耦合器的原理及介绍一、前言定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。
它的本质是将微波信号按一定的定向耦合器比例进行功率分配。
二、发展背景在20世纪50年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器，其理论依据是Bethe小孔耦合理论，Cohn和Levy等人也做了很多贡献。
随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线。
随后由于微波电路与系统的需要有相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线。
这样就出现了各种传输线定向耦合器。
第一个真正意义上的定向耦合器由H. A. Wheeler在1944年设计实现，Wheeler使用了一对长为四分之一中心频率波长的圆柱来实现电场与磁场的能量相互耦合，遗憾的是这种方法只能实现一个倍频程的带宽。
三、组成及分类定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。
但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。
定向耦合器四、原理简介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为矩形波导定向耦合器的三种典型耦合结构。
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
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，。
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
定向耦合器的工作原理
定向耦合器的工作原理
定向耦合器是一种广泛应用于微波和光纤通信系统中的耦合器。
它可以将输入信号耦合到特定的输出端口上，而忽略其他端口的信号。
定向耦合器的工作原理基于两个相互作用的波导。
通常，一个主波导拥有一个或多个辅助波导。
输入信号通过主波导输入，并根据耦合器的设计，耦合到特定的辅助波导上。
定向耦合器的设计需要考虑特定的耦合比例。
耦合比例决定了输入信号在辅助波导中的功率分配情况。
通常，定向耦合器被设计为在几个特定的频率范围内实现理想的耦合比例。
当输入信号通过主波导时，它会遇到与辅助波导的耦合结构相互作用。
这个相互作用通常是通过耦合窗口或者耦合插入件实现的。
耦合窗口或耦合插入件被设计为在特定频率范围内产生最大的垂直耦合效率。
定向耦合器的一个重要性能参数是其插入损耗。
插入损耗是指输入信号在经过耦合器时损失的功率。
通常，设计者会尽量降低插入损耗，以便提高整体系统的性能。
总之，定向耦合器是一种常用的耦合器，它通过特定设计的主波导和辅助波导相互作用，将输入信号耦合到特定的输出端口上。
它在微波和光纤通信系统中扮演着重要的角色，能够实现理想的耦合效果和较低的插入损耗。
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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＝ A1 A2
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kL
可能在某一范围内变化，从 A1m ax 变化到 A 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
是无耗四端口网络的散射参数。
导出了Dp的关系为：
DP
20 log
D'
1 KL4
式中
D'
DM
10 20
如果网络的端口1和端口2互相对称；端口3和端口4互相对称，则存在对称算子 F
0 1 0 0
F 1 0 0 0
0 0 0 1 0 0 1 0
根据对称算子【F】的性质，有
可知
s 23 s 41 s32
（2）定向性D 在一般文献中，对定向性的定义论述得不够严谨、深入。本讲义将提出三
种不同的定向往定义，供实用时参考。
第一种，称为理论定向性定义Dr 它定义为在各端口均接匹配负载时，端口1输入功率情况下，端口3的耦合功 率P3与端口4的耦合功率P4之比，再取101og。即
Dr
10 log
P3 P4
20 log
C＝A1－A2
(22-12)
我们注意到，在一般情况下，端接负载不完全匹配对分贝耦合度C的测量影响很
小。有些文献喜欢用电压耦合系数 C ' ，它们之间关系是
C'
c
10 20
（2）实际器件定向性Dp的测量 图22-5表示实际器件定向性的测试系统。与分贝耦合度不同，这里主波导终端 所接的是滑动匹配负载。在正向运用时，滑动匹配负载对P0毫无影响；而在反向 运用时，滑运匹配负载的不同位置，对P0影响很大，为了保持P0不变，即衰减器
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
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
C
10 log
P1 P3
20 log
a1 a2
20log 1 dB
s 31
请注意这里定义的分贝耦合度大于odB,数字愈大则意味着耦合愈松，即进入 端口3的功率愈少。实用中，最紧的耦合为3dB，否则只需要将主波导输出臂作耦 合臂即可。
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
定向耦合器研究
一、实验目的和要求
本实验要求学会测量定向耦合器的主要参数：分贝耦合度C,定向性D和输入驻 波比ρ.同时从理论上了解几种实际的定向性概念，以及与定向性有关的一些因素 。
二、实验原理
1， 定向耦合器的主要参数 图22－1表示一波导定向耦合器。它共有四个端口。1一2代表主波导通道，3一
4代表副波导通道。定向耦合器的主要特性表现在从1端口输入的主波导功率除直 接由2端口输出，还可以通过孔耦台由3端口输出。由于高定向性，4端口几乎没 有功率输出。同样，如果由2端口输入则可耦合至4端口，但几乎与3端口隔离。 常用的定向耦合器一般在4端口接有良好匹配的负载Гl，于是真正对外工作的端 口便只有三个。如果在端口1输入时，这时称定向耦合器为正向运用；反之，若 端口2输入时，则称之为反向运用。
5．按图22－8系统测定输入驻波比 。
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。
b3 b4
20log s31 (dB) s 41
在理想定向耦合器中，定向性应为无穷大。我们注意到对于实际的定向耦合器， 由于端日4接有负载，因此（22一2）式定义的定向性往往无法加以实测。为了解 决这一矛盾，我们引出另一种定向性定义。
第二种，称为测量定向性定义Dm
它定义为：在各端口匹配情况下，端口1输入时，端口3的耦合功率 P31 和端口2
输入时端口3的耦合功率P32 之比，再取10log, 即
DM
10
log
P31 P32
20 log
s31 dB
s32
具体参见图22-2。很显然，测量定向性Dm定义是在端口4所接负载 匹配情况下取得的.
L4
＝0，即全
大家知道，实际上任何定向耦合器不管其做得如何理想，其端口4的负载L4 不可
能为零。所以又引出另一种定向性定义。
L4
＝0，则理
实用上，由于端口3一般为弯口波导，且 L4 0，所以Dr、Dm、Dp，三者是
不同的。而要衡量定向耦合器性能的，恰好就是实际器件的定向性Dp，这正是我
们所要测量的
（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 0L，4 所以严格说来（22一9）式中的是端口4接了 的有L4耗三端口