定向耦合器 隔离度
射频定向耦合器原理和使用
射频定向耦合器原理和使用射频定向耦合器，听起来是不是很酷炫？其实呀，它的原理并没有那么难以理解，就像我们生活中的一些小物件一样，有着自己独特的工作方式呢。
首先呢，咱们来想象一下射频信号就像一群小蚂蚁在电线这个“小路”上快速奔跑。
射频定向耦合器的作用呢，就是能够巧妙地从这群忙碌奔跑的“小蚂蚁”（射频信号）里分出一部分来，而且还能知道这部分信号的一些信息。
从原理上来说，它主要是基于电磁耦合的。
简单来讲，就像是两个互相靠近但又不直接接触的小世界（传输线），一个世界里的动静（射频信号在传输线中的变化）能够通过一种神奇的“感应”影响到另一个世界。
这就是电磁耦合啦。
射频定向耦合器有主传输线和副传输线，当射频信号在主传输线跑的时候，副传输线就能通过这种电磁耦合的魔法，接收到一部分信号呢。
那这个耦合是怎么个定方向的呢？这就很有趣啦。
我们可以把主传输线想象成一条大河，射频信号就是河水里的鱼群。
耦合器就像是在河边巧妙设置的一些小沟渠。
鱼群（射频信号）大部分是沿着大河（主传输线）流动的，但是有一小部分会被小沟渠（副传输线）巧妙地分流出来。
而且这个小沟渠的设计很巧妙，它只能从特定的方向把鱼群分出来，这就体现了“定向”的特点。
再来说说它的一些参数吧。
比如说耦合度，这个就像是小沟渠（副传输线）从大河（主传输线）里分出来的鱼群（射频信号）的比例。
如果耦合度是20dB，那就意味着分出来的信号功率是主信号功率的1/100。
还有隔离度呢，这就好比是小沟渠和大河其他方向之间有一道看不见的墙，隔离度越高，这道墙就越结实，其他方向的信号就越难影响到小沟渠里的信号。
在使用射频定向耦合器的时候，就像是在做一个很有趣的小实验。
你要先确定好它的输入端口，这个输入端口就是那群“小蚂蚁”（射频信号）进来的地方。
然后把主传输线正确地连接好，就像给小蚂蚁们铺好正确的道路一样。
接着，再连接副传输线，这就像是在小蚂蚁的大路上旁边设置好我们的“小观察站”（副传输线），用来观察被分出来的小蚂蚁（射频信号）。
微波实验单元项目 实验三
电磁场与微波测量实验报告微波实验单元项目实验三定向耦合器的特性测量一、实验目的1.了解频谱分析仪的使用方法。
2.学会使用频谱分析仪对信号源提供的信号进行分析。
3.学会定向耦合器。
二、实验原理定向耦合器：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。
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配。
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。
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。
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。
三、实验步骤1.耦合度测量(1)按照图中所示连接所使用的仪器。
(2)设置微波信号发生器输出指定频率和功率的单载波信号（如850MHz.-20dBm）。
(3)将输入输出电缆短接。
用频谱分析仪定向耦合器输入端口1的输入信号电平，测试数据记录到表格中。
三分贝定向耦合器
三分贝定向耦合器摘要：3dB定向耦合器是通信、广播电视系统中重要的器件之一，本文介绍了描述定向耦合器的性能指标参数，详细介绍了3dB定向耦合器的基本结构及特性。
Abstract: 3dB coupler is one of the important components in communication and broadcasting system. In this paper, the specifications of directional coupler are presented,and the basic structures and properties of 3dB coupler are presented in detail.1.引言在广播电视和通信系统中，经常需要耦合部分的射频功率，以满足各种需要。
定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器，它能从主传输线系统的正向波中按一定比例分出部分功率，实现功率的分支、分配或合成。
三分贝耦合器是一种特殊的定向耦合器，它广泛应用于功率合成，恒阻滤波器和多工器等系统中。
下面介绍定向耦合器的性能参数，并详细介绍三分贝耦合器的特性。
2. 定向耦合器的基本参数定向耦合器可等效成四端口网络。
它的基本工作原理借助图1来描述。
图1 定向耦合器原理自端口1入射的功率中部分功率从直通端口2输出，另外一部分被耦合到端口3，在理想情况下，没有功率送到隔离端口4。
描述定向耦合器性能的参数主要有耦合度、隔离度、方向性、插入衰减、输入驻波比、频带宽度等。
其中耦合度表征了耦合的强弱。
理想的定向耦合器端口驻波比为1，即端口没有反射；隔离度为无穷大，即隔离端没有输出功率。
设定向耦合器输入端的输入功率为，主线输出端(简称为直通端)的输出功率为，耦合输出端(简称为耦合端)的输出功率为，隔离端的输出功率为，则定向耦合器的有关参数的定义如下。
耦合度C：输入功率与耦合端的输出功率之比，一般用分贝表示，即上式中P1/P3称为功率耦合系数。
功分器、定向耦合器及应用简介
2.5.2 三分支线定向耦合器 （Three-Branch Coupler）
图2.8为三分支线定向耦合器。三分支 线定向耦合器的带宽比双分支线定向耦 合器宽，相对带宽为20%。 三分支线定向耦合器也有图2.1 1类定 向耦合器的理想方向性。 S12=S21=0
2.5.3 集总参数分支线lkinson功分器输出端所加隔离电阻 为输出端提供了很高的隔离度。但在高 频应用中，隔离电阻的寄生电抗将造成 严重问题。因为隔离电阻的几何尺寸和 波长相比拟，在大功率应用中，为了承 受大的功率，电阻的几何尺寸也必须很 大，电阻的寄生电抗则降低了功分器的 性能，不仅使隔离度、电压驻波比变坏， 而且增加了插损。
2.2 用途
在那些微波器件中会使用定向耦合器， 定向耦合器在如下所示许多微波器件中 都有应用。 平衡混频器 平衡放大器 功分器/合成器 移相器 衰减器 调制器 鉴频器（鉴相器）（Discriminators） 天线阵的馈电网络
2.3定向耦合器参数的定义
如图2.1（a）所示，定向耦合器是一个 四端口网络。假定从端口1为输入端，端 口3为输出端，端口4为耦合端，端口2为 隔离端。假定P1为端口1的输入功率, P1’ 是从端口1反射回来的功率。P2、P3、P4 分别是输出端口3、耦合端口4、隔离端 口2的输出功率。
图1.6
为了比较，图1.6（a）为同频常规3dB 功分器的形状和大小。相对图1.6（a）常 规设计，图1.6（b）所示3dB功分器等效 矩形面积比图（a）减少40%，图1.6（c） 则减少37% 。 为了减少功分器的尺寸，可以采用电 容加载技术，图1.7就是缩短尺寸2功分器 的一种结构形式。图中功分臂的特性阻 抗Z01及加载电容C1、C2可由下式求出：
λ/4
3、缩小尺寸的3dB Wilkinson功分器
定向耦合器
单位代码： 10293 密 级：硕 士 学 位 论 文论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士二零一五年三月学 科 专业 研 究 方向 申请学位类别 论文提交日期摘要定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。
特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。
但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。
本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。
论文的主要工作和创新点包括：（1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。
这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。
（2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。
（3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。
在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。
关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽AbstractReader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include:(1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation.(2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased.(3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation.Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler目录第一章绪论 (1)1.1 研究的背景与意义 (1)1.2 RFID系统基本介绍 (1)1.3 RFID系统现状和进展 (3)1.3.1 RFID系统使用现状 (3)1.3.2 RFID系统中读写器收发隔离技术的重要程度 (3)1.4本文的主要工作及内容安排 (4)第二章定向耦合器基本原理 (6)2.1 定向耦合器工作原理 (6)2.1.1 定向耦合器基本特性 (6)2.1.2 定向耦合器理论分析 (7)2.1.3 定向耦合器的技术指标 (9)2.2 常见定向耦合器的介绍 (10)2.2.1 平行耦合线定向耦合器 (11)2.2.2 波导定向耦合器 (11)2.2.3 分支线定向耦合器 (13)2.2.3 环形定向耦合器 (14)2.3 3dB微带分支线定向耦合器理论分析 (15)2.4 本章小结 (18)第三章带短路支节双分支线定向耦合器设计 (19)3.1 3dB双分支线定向耦合器设计 (19)3.1.1 3dB双分支线定向耦合器ADS仿真 (19)3.1.2 微带线理论分析 (21)3.1.3 3dB双分支线定向耦合器建模与结果分析 (23)3.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器设计 (26)3.2.1 3dB带短路支节双分支线定向耦合器的工作原理 (27)3.2.2 3dB带短路支节双分支线定向耦合器建模与仿真 (29)3.2.3 相关参数优化与结果分析 (31)3.2.4 两款定向耦合器对比分析 (38)3.3 本章小结 (40)第四章实物测试与结果分析 (41)4.1 实物加工与测试 (41)4.2 测试结果与仿真结果分析 (44)4.3 本章小结 (47)第五章改进型微带分支线定向耦合器设计 (48)5.1 3dB微带三分支线型定向耦合器设计 (48)5.1.1 3dB微带三分支线定向耦合器ADS仿真 (48)5.1.2 3dB微带三分支线定向耦合器建模与仿真 (51)5.2 3dB带短路支节三分支线定向耦合器设计 (54)5.2.1 3dB带短路支节三分支线定向耦合器建模与仿真 (54)5.2.2 参数优化与结果分析 (56)5.2.3 3dB带短路支节双分支线和3dB带短路支节三分支线定向耦合器对比分析 (60)5.3 本章小结 (61)第六章总结与展望 (62)参考文献 (64)第一章绪论1.1研究的背景与意义无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它的主要特征是运用射频信号和空间耦合传输特性，达到对被识别物体的自动识别[1]。
实验八 Lange定向耦合器的仿真设计
实验八、Lange定向耦合器的仿真设计一、设计目标Lange定向耦合器的仿真设计。
设计指标频带范围：0～20GHz; 中心频点f0：12GHz；在8～16GHz的倍频程内的输入驻波比：VSWR﹤1.2;在中心频点f0=12GHz处的插损和耦合度2.9dB﹤IL=C﹤3.1dB;在8～16GHz的倍频程内的定向度D>17dB；在8～16GHz的倍频程内的隔离度：I>20dB。
二、设计步骤1.新建工程和原理图：在ADS中建一新工程“Lange_coupler”,在Technology一页中选择“Standard ADS Layers,0.0001 mil layout resolution”。
新建一原理图“Lange_coupler_norminal。
加入MLang:微带Lange耦合器；MSUB:微带基片。
插入S参数仿真模块，同时删除“DisplayTemplate”控件，并用导线把刚刚加入的各元器件连接起来。
MeasEqn”元件，再双击“MeasEqn”元件打开“Edit Instance Parameters”窗口，然后“Meas [Repeated]”栏中输入“Ratio=S(2,1)/S（3,1）”。
MSUB参数如图：其他参数如图：然后仿真。
仿真结果如图：驻波比：驻波比在带宽范围内有一个点不满足要求。
需要优化。
插损和耦合度：从图中可以看出插损和耦合在中心频率12GHz均不在要求的2.9-3.1dB中间。
定向度和相位：可以看到定向度有1个点不满足要求，相位大致在90度。
隔离度：耦合度满足要求。
2.优化加入优化元件，并设置参数如图：设置随机优化，并优化100次：结果如图：从图中可以看出驻波比均小于1.2，满足要求；插入损耗在要求范围内满足要求。
耦合度也在范围内要求。
定向度均大于要求值。
隔离度也满足要求。
nge耦合器的版图生成与仿真Lange耦合器版图：版图仿真结果三、仿真结果（给出仿真结果并对结果进行描述和说明）仿真结果如图。
350-520MHz定向耦合器
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。
定向耦合器实物图：定向耦合器主要指标有：耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度。
下面介绍的是350-520MHz定向耦合器：Model No.Freq.Range(MHz)NominalCoupling(dB)IL.(dB)Directivity(dB)VSWRPower(W)ConnectorTypeTemp.(°C)UIYDCP14337A350T520C5NF 350 ~ 520 5±0.6 2.1 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C6NF 350 ~ 520 6±0.6 1.7 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C7NF 350 ~ 520 7±0.6 1.4 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C8NF 350 ~ 520 8±0.6 1.0 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C10NF 350 ~ 520 10±1 0.8 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C13NF 350 ~ 520 13±1 0.5 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C15NF 350 ~ 520 15±1.2 0.4 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C20NF 350 ~ 520 20±1.2 0.22 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C30NF 350 ~ 520 30±1.5 0.2 20 1.25 200 N-F -20~+70 UIYDCP14337A350T520C40NF 350 ~ 520 40±1.5 0.2 20 1.25 200 N-F -20~+70机械图：下面则是为大家提供的耦合器：定向耦合器✧频率136MHz-18GHz.✧应用于民用,军事,航天,空间技术等.✧低噪声,高功率,高增益.✧可按客户要求订制生产.✧Directional Coupler型号频率范围(GHz)耦合度(dB)耦合平坦度(dB)插损(dB)方向性(dB)驻波比功率(W)连接形式温度(°C)尺寸长x宽x高(mm)UIYDCP14337B0.136~0.174 5~40 ±1.0 0.2 20 1.25 200 N -20~+70 143×37×18.5 UIYDCP14337A0.35~0.52 5~40 ±1.0 0.2 20 1.25 200 N -20~+70 143×37×18.5 UIYDCP22440A0.35~2.7 5~40 ±2.0 0.2 55 1.3 200 N -35~+65 224.4×40×16.5 UIYDCP12815A0.4~0.5 10~30 ±0.7 0.5 18 1.25 50 SMA -55~+85 128×15×11 UIYDCP13315A0.5~2.5 10~30 ±0.7 0.5 18 1.25 50 SMA -55~+85 133×15×11 UIYDCP12040A0.698~2.7 5~40 ±2.0 0.2 19 1.25 200 N -20~+70 120×40×16.5 UIYDCP8515A0.8~2.5 10~30 ±0.7 0.5 18 1.25 50 SMA -55~+85 85×15×11 UIYDCP7315A 1.0~4.0 10~30 ±0.7 0.5 18 1.25 50 SMA -55~+85 73×15×11优译创立于中国深圳市，注册资金2亿元人民币，是集军民用微波通信器件开发、设计与生产的一体化企业，产品远销海内外。
深入讨论定向耦合器的方向性
深入讨论定向耦合器的方向性－ 方向性对功率、驻波比和回波损耗测量的影响方向性在决定射频功率、电压驻波比和回波损耗测量精度方面扮演着重要的 角色。
由于方向性产生的误差可能会严重影响基于测试结果所得出的结论。
本文就方向性的问题进行了深入的探讨。
BXT™ Technologies zh@Application NoteAN-0802深入讨论定向耦合器的方向性前言：在通过式功率测量中，定向耦合器的方向性在 决定射频功率、驻波比和回波损耗测量精度方面扮 演着重要的角色。
由方向性产生的误差可能会严重 影响基于测试结果所得出的结论，本文就方向性的 问题进行了深入的探讨。
图 1 是一个用通过式功率计在线测量发射系统 的例子，表 1 则阐述了方向性对测量精度的影响。
图 1 驻波比的测量精度取决于功率计的方向性表 1 定向耦合器方向性对测量精度的影响 项目 功率计的方向性实际天线 VSWR VSWR 测量范围 VSWR 测量误差 实际发射机正向功率 正向功率测量范围 正向功率测量误差 实际天线反射功率 反射功率测量范围 反射功率测量误差指标 25dB1.50（回波损耗-14dB） 1.33 至 1.69 (回波损耗-16.9 至-11.8 dB) -0.17 至+0.19 (回波损耗-2.9 至+2.2 dB) 20.0 W 19.54 至 20.45 W -2.3% 至+2.25% W 0.8 W 0.41 至 1.31 W -48.3%至+64.1% W40dB1.50(回波损耗-14dB) 1.47 至 1.53(回波损耗-14.4 至-13.5 dB) -0.03 至+0.03(回波损耗-0.4 至+0.5 dB) 20.0 W 19.92 至 20.08 W -0.4% 至+0.4% W 0.8 W 0.72 至 0.88W -9.8%至+10.3% W表 1 表明， 方向性为 25dB 的功率计或天线监 测仪的测量误差要比方向性为 40dB 时大得多， 这 种误差将影响判断天线是否符合指标， 同时也会在 监测天线时造成误报警。
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定向耦合器隔离度
定向耦合器是一种用于分离或合并微波信号的无源微波器件，它可以将微波信号从一个端口传输到另一个端口，同时减少信号在其他端口的泄漏。
定向耦合器的性能通常用隔离度来衡量，隔离度是指输入端口和隔离端口之间的信号衰减程度。
定向耦合器的隔离度是一个非常重要的参数，它决定了定向耦合器在应用中的性能和可靠性。
隔离度越高，意味着输入端口和隔离端口之间的信号泄漏越小，从而可以提高系统的抗干扰能力和信号传输质量。
在实际应用中，定向耦合器的隔离度通常要求在 20dB 以上，以满足系统的要求。
定向耦合器的隔离度可以通过多种方式来提高，例如采用高品质的微波材料、优化电路设计、增加隔离结构等。
此外，在使用定向耦合器时，还可以采取一些措施来进一步提高隔离度，例如在输入端口和隔离端口之间增加滤波器、采用屏蔽技术等。
总之，定向耦合器的隔离度是一个非常重要的参数，它对于提高系统的抗干扰能力和信号传输质量具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和要求来选择合适的定向耦合器，并采取相应的措施来提高隔离度。