双脊波导定向耦合器耦合器设计412
3db定向耦合器原理
3db定向耦合器原理引言3db定向耦合器是一种常见的微波器件，广泛应用于无线通信、雷达系统和微波电路中。
本文将介绍3db定向耦合器的原理及其在实际应用中的作用。
一、3db定向耦合器的基本原理3db定向耦合器是一种四端口器件，由两个耦合器和两个耦合器之间的传输线构成。
其基本原理是利用微波信号在传输线上的传播特性，实现耦合和分离的功能。
1.1 耦合和分离耦合器是一种能够将输入信号分为两个输出的器件，其中一个输出端口为主输出端口，另一个为耦合输出端口。
耦合输出端口输出的信号是从主输出端口输入信号中耦合出来的一部分。
耦合器的耦合度决定了主输出端口和耦合输出端口之间的功率分配比例。
1.2 传输线的特性传输线上的电磁波在传播过程中会发生反射和透射，这取决于传输线的特性阻抗和长度。
当传输线的特性阻抗等于负载的阻抗时，传输线上的信号将完全传输到负载上；当传输线的特性阻抗不等于负载的阻抗时，部分信号将被反射回来。
二、3db定向耦合器的工作原理3db定向耦合器是通过将两个耦合器和两个传输线相互耦合连接而成的。
其工作原理如下：2.1 信号的耦合和分离当输入信号通过传输线进入耦合器时，一部分信号将从主输出端口输出，另一部分信号将从耦合输出端口输出。
耦合输出端口输出的信号是通过传输线之间的耦合实现的。
在理想情况下，耦合输出端口输出的功率占输入功率的一半，即耦合度为3dB。
2.2 信号的相位差由于两个传输线之间存在一定的相位差，导致从主输出端口输出的信号和耦合输出端口输出的信号之间存在相位差。
这个相位差可以通过调整传输线的长度来实现。
2.3 信号的分离通过调整传输线的长度，可以使主输出端口和耦合输出端口之间的信号达到90度的相位差，从而实现信号的分离。
2.4 功率的分配3db定向耦合器在主输出端口和耦合输出端口之间实现了功率的分配，主输出端口输出的功率为输入功率的一半，耦合输出端口输出的功率也为输入功率的一半。
三、3db定向耦合器的应用3db定向耦合器广泛应用于微波电路和射频系统中，常见的应用包括：3.1 功率分配由于3db定向耦合器可以将输入功率分配到主输出端口和耦合输出端口，因此可以用于实现功率的分配和控制。
恒达微波波导魔T功率分配器 合成器说明书
1.6功率分配器/合成器【产品简介】恒达微波提供一系列高性能的波导魔T 、功分器、合成器产品。
在魔T 的H 臂或E 臂接上负载，则可制成魔T 功率分配器或合成器。
波导魔T 具有如下特点：平衡臂两端对称；从E 臂输入的信号会在平衡臂两端等幅反相输出，H 臂隔离；从H 臂输入的信号会在平衡臂两端等幅同相输出，E 臂隔离；从平衡臂任一端输入的信号在E 臂和H 口等分输出，而对应平衡臂另一端隔离。
因此魔T 具有的对口隔离、邻口3dB 耦合及完全匹配的特点，使之在微波领域获得了广泛应用,尤其用在单脉冲雷达和差比较器、雷达收发开关、功率分配/合成、混频器及移相器等场合。
【型号描述】波导魔T ，波导管型号BJ100，材料为铝（材料为铜时缺省）。
产品类型：波导魔TH D - 100 W M T A波导管型号：B J 100恒达微波材料：铝【产品类型】类型代码含义类型代码含义WET 波导ET 接头WHT 波导HT 接头WMTPC 波导同相功率合成器WMTPD 波导同相功率分配器WMT 波导魔TWSWC 波导90°功率分配器/合成器(窄边耦合)；I\U\XY\YU 型WTWC波导90°功率分配器/合成器(宽边耦合)；I\U\XY\YU 型1.6.1波导ET 接头、波导HT 接头这两种器件在微波系统中常用作功率分配/合成元件。
波导ET 接头可以将E 口输入的信号在平衡臂两端等幅反相输出，反之，在平衡臂两端等幅反相输入信号则在E 口合成输出；波导HT 接头可以将H 口输入的信号在平衡臂等幅同相输出，反之，在平衡臂两端等幅同相输入信号则在H 口合成输出，但是ET 、HT 接头是不匹配的器件，只对其E 口或是H 口进行单端口匹配。
1.6.1.1波导ET 接头【标准产品数据表】产品型号频率范围(GHz)工作带宽对称性(dB)E口驻波比插损(dB)法兰材料涂覆HD-3WET0.32-0.49≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-4WET0.35-0.53≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-5WET0.41-0.62≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-6WET0.49-0.75≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-8WET0.64-0.98≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-9WET0.75-1.15≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-12WET0.96-1.46≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-14WET 1.13-1.73≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-18WET 1.45-2.20≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-22WET 1.72-2.61≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-26WET 2.17-3.30≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-32WET 2.60-3.95≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-40WET 3.22-4.90≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP铝氧化HD-48WET 3.94-5.99≤15%±0.35≤1.20≤0.2FDP铝氧化HD-58WET 4.64-7.05≤15%±0.35≤1.20≤0.2FDP铝氧化HD-70WET 5.38-8.17≤15%±0.35≤1.20≤0.3FDP铜镀银HD-84WET 6.57-9.99≤15%±0.35≤1.20≤0.3FBP铜镀银HD-100WET8.20-12.40≤15%±0.35≤1.20≤0.3FBP铜镀银HD-120WET9.84-15.0≤15%±0.35≤1.20≤0.3FBP铜镀银HD-140WET11.9-18.0≤15%±0.40≤1.25≤0.3FBP铜镀银HD-180WET14.5-22.0≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP铜镀银HD-220WET17.6-26.7≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP铜镀银HD-260WET21.7-33.0≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP铜镀银HD-320WET26.5-40.0≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP铜镀银HD-400WET32.9-50.1≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金HD-500WET39.2-59.6≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金HD-620WET49.8-75.8≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金HD-740WET60.5-91.9≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金HD-900WET73.8-112≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金1.6.1.2波导HT 接头【标准产品数据表】产品型号频率范围(GHz)工作带宽对称性(dB)H 口驻波比插损(dB)法兰材料涂覆HD-3WHT 0.32-0.49≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-4WHT 0.35-0.53≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-5WHT 0.41-0.62≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-6WHT 0.49-0.75≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-8WHT 0.64-0.98≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-9WHT 0.75-1.15≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-12WHT 0.96-1.46≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-14WHT 1.13-1.73≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-18WHT 1.45-2.20≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-22WHT 1.72-2.61≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-26WHT 2.17-3.30≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-32WHT 2.60-3.95≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-40WHT 3.22-4.90≤15%±0.25≤1.15≤0.2FDP 铝氧化HD-48WHT 3.94-5.99≤15%±0.35≤1.20≤0.2FDP 铝氧化HD-58WHT 4.64-7.05≤15%±0.35≤1.20≤0.2FDP 铝氧化HD-70WHT 5.38-8.17≤15%±0.35≤1.20≤0.3FDP 铜镀银HD-84WHT 6.57-9.99≤15%±0.35≤1.20≤0.3FBP 铜镀银HD-100WHT 8.20-12.40≤15%±0.35≤1.20≤0.3FBP 铜镀银HD-120WHT 9.84-15.0≤15%±0.35≤1.20≤0.3FBP 铜镀银HD-140WHT 11.9-18.0≤15%±0.40≤1.20≤0.3FBP 铜镀银HD-180WHT 14.5-22.0≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP 铜镀银HD-220WHT 17.6-26.7≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP 铜镀银HD-260WHT 21.7-33.0≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP 铜镀银HD-320WHT 26.5-40.0≤15%±0.40≤1.25≤0.4FBP 铜镀银HD-400WHT32.9-50.1≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金产品型号频率范围(GHz)工作带宽对称性(dB)H 口驻波比插损(dB)法兰材料涂覆HD-500WHT 39.2-59.6≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP 铜镀金HD-620WHT 49.8-75.8≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP 铜镀金HD-740WHT 60.5-91.9≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP 铜镀金HD-900WHT73.8-112≤10%±0.50≤1.35≤0.5FUGP铜镀金1.6.2波导魔T【标准产品数据表】产品型号频率范围(GHz)工作带宽驻波比隔离度（E-H ）(dB)对称性(dB)法兰材料涂覆H 口E 口HD-3WMT 0.32-0.49≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-4WMT 0.35-0.53≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-5WMT 0.41-0.62≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-6WMT 0.49-0.75≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-8WMT 0.64-0.98≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-9WMT 0.75-1.15≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-12WMT 0.96-1.46≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-14WMT 1.13-1.73≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-18WMT 1.45-2.20≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.25FDP 铝氧化HD-22WMT 1.72-2.61≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铝氧化HD-26WMT 2.17-3.30≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铝氧化HD-32WMT 2.60-3.95≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铝氧化HD-40WMT 3.22-4.90≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铝氧化HD-48WMT 3.94-5.99≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铝氧化HD-58WMT 4.64-7.05≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铝氧化HD-70WMT 5.38-8.17≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FDP 铜镀银HD-84WMT 6.57-9.99≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FBP 铜镀银HD-100WMT 8.20-12.4≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FBP 铜镀银HD-120WMT 9.84-15.0≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FBP铜镀银产品型号频率范围(GHz)工作带宽驻波比隔离度（E-H ）(dB)对称性(dB)法兰材料涂覆H 口E 口HD-140WMT 11.9-18.0≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FBP 铜镀银HD-180WMT 14.5-22.0≤20%≤1.20≤1.50≥35≤0.4FBP 铜镀银HD-220WMT 17.6-26.7≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.4FBP 铜镀银HD-260WMT 21.7-33.0≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.4FBP 铜镀银HD-320WMT 26.5-40.0≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.4FBP 铜镀银HD-400WMT 32.9-50.1≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.5FUGP 铜镀金HD-500WMT 39.2-59.6≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.5FUGP 铜镀金HD-620WMT 49.8-75.8≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.5FUGP 铜镀金HD-740WMT 60.5-91.9≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.5FUGP 铜镀金HD-900WMT73.8-112≤20%≤1.20≤1.50≥30≤0.5FUGP铜镀金1.6.3波导同相功率分配器/合成器根据波导魔T 所特有的对口隔离、邻口3dB 耦合及完全匹配的特点，可在在波导魔T 的E 臂内置负载，制成波导同相功率分配器/合成器。
(整理)微带线定向耦合器的设计
微带线定向耦合器的设计一、数学模型1、耦合度和传输系数图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。
当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。
根据奇、偶模分析方法可知，耦合端口②及直通端口④的输出电压分别为，θθθθθθθθsin )(cos 2sin cos sin )(cos 2sin cos 20200000020000002020000200002Z Z j Z Z jZ Z Z Z Z j Z Z jZ Z Z U e e e e +++-+++=θθθθsin )(cos 2sin )(cos 22020000000002020000002Z Z j Z Z Z Z Z Z j Z Z Z Z U e e e ++-++=式中：e Z 0和00Z 分别为耦合微带线的偶模和奇模特性阻抗，e θ和0θ分别是耦合微带线的偶模和奇模的电长度，0Z 是端口的端接阻抗。
根据（1）式可知定向耦合器的耦合度为，)dB (||lg 202U C ='而根据（2）式可得传输系数为，)dB (||lg 204U T =但需要满足以下条件，即：)1()2()3()4(eO e e e e Z Z Z Z Z Z Z θθθθsin sin sin sin 000000000020++==如果假设耦合微带线中传输的是TEM 波（而不是准TEM 波），则可忽略奇、偶模相速的差别而认为：θθθ==0e，此时（1）～（4）式可以改写成以下形式，即：θθθsin cos 1sin 2002j C jC U +-=θθsin cos 112204j C C U +--=式中：0000000Z Z Z Z C e e +-=2f f ⨯=πθ但需要满足以下条件，即：00020Z Z Z e =根据（5）～（9）式可知，此时的耦合度和传输系数分别变为，)dB ()cos 1sin lg(10220220θθC C C -=' )dB ()cos 11lg(1022020θC C T --=而中心频率的耦合度为，)dB ()lg(20lg 200000000Z Z Z Z C C e e +-=='2、耦合区的长度 )5()6()7()8()9()10()11()12()13(根据（11）式可知，当耦合区的电长度090=θ时，耦合度C '最大，耦合器获得最大的耦合输出。
脊波导的几种计算方法.
论述脊型光波导的分析方法及其模场分布的计算摘要：本文主要介绍了如何通过有效折射率法计算脊型光波导的模场分布以及如何通过有限元法来数值求解脊波导的模场分布其次我们介绍了脊波导的工作特性和制作方法，最后我们列举了脊波导在激光器，调制器等信息光电子器件中的应用。
关键词：脊波导有效折射率模场分布有限元法1引言：脊波导与相同尺寸的矩形波导比较主要优点是:主模H10波的截止波长较长,对于相同的工作波长,波导尺寸可以缩小;H10模和其它高次模截止波长相隔较远,因此单模工作频带较宽,可以达到数个倍频程;等效阻抗较低,因此易与低阻抗的同轴线及微带线匹配。
但脊波导承受功率比同尺寸的矩形波导低。
脊形波导在集成光学中有广泛的应用,它是薄膜激光器、藕合器、调制器、开关等许多光电器件的基础。
由于脊形波导边界复杂,精确地分析其光学特性十分困难,若考虑介质的吸收作用,则难度就更大。
其次要能够设计出性能优良的光波导，那么必须首先能够在理论上对光波导进行计算。
对于脊型光波导而言由于其结构复杂没有严格的解析解,应采用数值方法或近似法进行分析。
光波导分析方法常用的有:转移矩阵法、模耦合理论、有效折射率法、有限元法、时域有限差分法和束传播法等。
在本文中采用的计算方法是有效折射率法对脊型光波导进行分析计算，还介绍了一种利用有限元差分算法对脊波导的模式进行数值计算。
最后介绍了脊型光波导在信息光电子学中的应用。
2脊型光波导的理论模型分析2.1脊波导的有效折射率法脊波导的横截面如图一所示，图中,分别为芯区，下包层和上包层的折射率，a为脊宽，h为脊高，b为脊下的芯厚度，则b-h为脊两边的芯厚度，此时光功率主要限制在脊下波导的芯中传播。
有效折射率法是把这种波导等效为x方向厚度为a的对称三层平板波导，如图二所示。
在脊波导中主要存在两种形式的模，模和模，前者以为主，同时为0，后者以为主，同时为0。
我们以导模为例来说明这一等效平板波导的折射率分布是如何确定的。
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
宽带带状线定向耦合器的设计
宽带带状线定向耦合器的设计宽带带状线定向耦合器是一种重要的微波元件，在雷达、通信和电子对抗等领域有着广泛的应用。
本文将介绍宽带带状线定向耦合器的特点、设计流程和实际应用案例，帮助读者更好地了解这一重要元件。
宽频带：宽带带状线定向耦合器具有较宽的频带，可以满足不同系统的需求。
高隔离度：耦合器端口之间的隔离度较高，可以有效减少信号的交叉干扰。
低损耗：宽带带状线定向耦合器的损耗较低，可以减小信号的衰减。
结构紧凑：宽带带状线定向耦合器的结构较为紧凑，便于安装和集成。
宽带带状线定向耦合器的设计需要遵循以下步骤：确定技术指标：根据实际应用需求，确定宽带带状线定向耦合器的技术指标，如工作频率、耦合度、方向性等。
选择合适的结构：根据技术指标要求，选择适合的耦合器结构，如双孔耦合、多级耦合等。
计算耦合系数：根据选择的耦合器结构，计算出耦合系数，并优化其值以提高性能。
设计馈线部分：根据计算出的耦合系数，设计馈线部分的尺寸和形状，以确保良好的传输性能。
仿真验证：通过电磁仿真软件对设计进行验证，检查是否满足技术指标要求。
加工制作：根据仿真结果，对实物进行加工制作。
测试分析：对制作完成的宽带带状线定向耦合器进行测试分析，以确认性能是否达标。
宽带带状线定向耦合器在雷达系统中有着广泛的应用。
例如，在雷达天线上，宽带带状线定向耦合器可以被用来实现信号的接收和发射，并且可以控制信号的方向性，从而提高雷达的探测能力。
在雷达信号处理系统中，宽带带状线定向耦合器也被广泛应用于信号的采样和处理过程中，它可以有效地减少信号的交叉干扰和噪声，提高信号的纯净度和处理精度。
宽带带状线定向耦合器作为雷达、通信和电子对抗等领域的一种重要元件，其优良的性能和广泛的应用前景已经得到了人们的普遍认可。
通过合理的优化设计和加工制作，可以进一步提高宽带带状线定向耦合器的性能，满足不同系统的需求。
希望本文的介绍能对读者在研究宽带带状线定向耦合器方面提供一定的参考价值。
基于ADS的宽带定向耦合器的设计与仿真
作者简介:王利斌(1982-),男,山西太原人,硕士研究生,工程师,从事机载无线通信设备设计与开发工作,主要研究方向为射频功放设计与无源射频电路设计。
基于ADS 的宽带定向耦合器的设计与仿真Design and Simulation of BroadBand Directional Coupler Based on ADS王利斌(中国西南电子技术研究所,四川成都610036)Wang Li-bin (Southwest China Institute of Electronic Technology,Sichuan Chengdu 610036)摘要：该文简单阐述了定向耦合器的工作原理，通过对比分析微带线耦合器和带状线耦合器。
通过使用Keysight 公司的ADS 仿真软件，设计一款采用LCR 补偿方案可以兼顾平坦度和方向性的带状线双定向耦合器，最后给出该耦合器的实际电路模型和满足设计预期的仿真数据。
关键词:定向耦合器；LCR 补偿方案；带状线中图分类号：TN622文献标识码：A文章编号：1003-0107(2019)09-0038-06Abstract:This paper briefly describes the working principle of directional coupler,and analyzes microstrip-line coupler and stripline coupler.By using Keysight's ADS simulation sofware,a LCR compensation is designed which the scheme can give consideration to both flatness and directional of the stripline bi-directional coupler.Finally,the actual circuit model of the coupler and the simulation result satisfiying the design expectation are given.Key words:directional coupler;LCR compensation;stripline CLC number:TN622Document code:AArticle ID ：1003-0107(2019)09-0038-060引言定向耦合器的基本工作原理同和微带功率分配器一样[1]，同时有四个端口，分别是输入端、耦合端、直通端和隔离端。
[课程设计]基于MATLAB的2×2光纤定向耦合器设计
![[课程设计]基于MATLAB的2×2光纤定向耦合器设计](https://img.taocdn.com/s3/m/f87639eb19e8b8f67c1cb9f4.png)
基于MATLAB 的2×2光纤定向耦合器设计1 设计原理1.1 单模光纤的传导场如图1，光纤的横截面有三层介质，分别是是芯层、包层和涂层，芯层折射率1n 稍大于包层折射率2n ，导波光由于全反射背包层约束在芯层中沿光纤延伸方向传播。
假设光的传播方向为光纤中心轴方向。
图1 阶跃光纤横截面结构图为简化讨论，只考虑基模的耦合。
已知光纤中传导场表达式为()()t i z i e e y x e z a t z y x E ωβ⨯⨯⨯=,),,,( （1-1）其中，()z a 为光纤中导波光场的场振幅，()y x e ,为光纤中导波光场的场分布，β为基模场的传播常数，ω为角频率。
某时刻在光纤中的传导场的空间分布就与()z a ，()y x e ,和β为相关。
1.1.1 单模光纤的场分布当给定波导（即光纤）的边界条件时，求解波导场方程可得本征解及相应的本征值β，即模式。
模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。
单模光纤中只能存在基模，其场分布是确定的，可由亥姆霍兹方程求得。
在弱导光纤中的电磁波，其横向场分量E t 、H t 远大于纵向场分量E z 、H z ，而且横向场分量是线偏振的。
于是我们把电场的横向分量取为y 轴方向，即E t =E y 。
亥姆霍兹方程为()02202=+∇y y E r n k E （1-2）其中()⎩⎨⎧≥≤=a r n ar n r n 21，λπ20=k 为真空中的光波矢量。
利用分离变量法，将方程1-2在圆柱坐标系中求解，并结合电磁场的边界条件，可以解出电场的横向分量E y ：()()()()⎩⎨⎧≥≤=a r W K a Wr K ar U J a Ur J m A E m mm m y θcos （1-3） 其中，r 是点到光纤中心轴的距离，m 是整数，J m 和K m 分别是m 阶贝塞尔函数和m 阶变态汉克尔函数；a 是光纤芯层半径，一般单模光纤的a=2~5µm 。
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双脊波导宽带定向耦合器设计摘要定向耦合器是微波系统中广泛使用的微波器件，在功率测量、微波传输系统，反射计及双工器等中有着广泛的应用。
由于定向耦合器应用场合及条件的不同，其种类很多而且差异性极大。
从结构上可分为波导、带状线、微带线、同轴线耦合器；从耦合形式上分为小孔耦合及缝隙耦合定向耦合器。
现代电子系统、测量系统以及一些微波系统要求实现宽带，这种趋势对各种微波器件提出了更高的带宽要求，所以对宽带定向耦合器的研究具有重要的的现实意义。
本文对脊波导、矩形波导、耦合方式进行分析的基础上，设计一款符采用非对称十字孔耦合定向耦合器。
通过分析及仿真知脊波导与矩形波导相比截止频率更低，相同尺寸情况下脊波导具有更宽的频带；非对称十字孔耦合在带宽方面比小孔耦合具有更宽的带宽更高的优势。
本论文对双脊波导定向耦合器及同轴波导转换器进行全面分析研究，主要工作如下：1.介绍了定向耦合器的种类、耦合机理主要性能参数等，在此基础上研究了双脊波导及矩形波导的传输特性，并利用HFSS软件给出了研究仿真实例。
2.设计一款采用非对称十字孔缝耦合定向耦合器，并对小孔孔径、孔间距以及孔边距对耦合器参数的影响进行分析。
3.设计一款双脊波导与同轴之间转换的同轴波导转换器，并对其阻抗匹配、带宽特性进行研究。
4.自己看看有没有要增加的研究内容或创新点。
关键词：定向耦合器双脊波导非对称十字孔宽带AbstractThe directional coupler is applied widely to Microwave Devices in MicrowaveSystem, for example there are all directional couplers in power measurement, microwave transmission system, reflect-meter, double stitch and duplexer. As the directional coupler has a wide use under different conditions. The directional coupler has a great many kinds and the otherness is large. In structure the coupler can be made in wave-guide strip-line microcircuit and coaxial axis. In coupling mode small aperture coupling is used most widely.Home and abroad the research of coupler is ripe, especially the research of wave-guide coupler is Pinakamatagal and the kinds are the most. However, the researches of double-ridge waveguide directional coupler are few. Modern microwave systems have a trend that more and more wide band is needed. Because the request of bandwidth is more and more wider in modern electronic system measurement system and other microwave systems, the trend promote the research of more wide band microwave devices, so the more wide band research has a greatly significant. Also this trend also promotes the research of coupler. In this article we will use the different principles of design of waveguide directional coupler for reference, we adopt the form of double-ridge waveguide to design high-power and broadband directional coupler. (Here we use the WRD650 standard form)As we know that the double-ridge waveguide has lower cut-off frequency than rectangular waveguide, the double-ridge waveguide also has wider single model bandwidth and lower impedance. So the double-ridge form has superiority. In the design first we adopt the circular holes coupling mode to acquire advantages and disadvantages in this mode. Then we change to adopt unsymmetrical cross hole to design the coupler. Comparing cross hole and circular hole we can find that the unsymmetrical cross hole is better than circular hole. By theory analysis, numerical calculation and electromagnetism simulating software we compare the results and improve the property . For the perfect target we also take several particular actions to improve the capability of double-ridge waveguide coupler.In this article, we have a comprehensive analysis and research to double-ridge waveguide directional coupler. The specific work is as follows:1.According to the basic coupler theory we apply the double-ridgedwave-guide to coupler design and analysis the superiorities of double-ridgedirectional coupler design.2.First adopting conventional sketched holes to design double-ridgedirectional coupler, then adopting improving form of unsymmetrical crossholes. Compare the forms, Double-Ridge Waveguide Directional Coupler inthe form of unsymmetrical cross hole is superior.3.Optimizing parameters of hole radius, hole distance and hole location,arriving at the best data.4.Analysis the effect when the structure of Double-Ridge Waveguide ischanged little, and find the sensitive factors of the coupler indicators.5.Design the converter between the Double-Ridge Waveguide and Coaxialline. Solve matching problem of impedance between Double-RidgeWaveguide and Coaxial line6.By simulation software, simplify the calculation of radius of holes. Onlyknowing the proportion of hole radiuses, we optimize the best data bysimulation software.目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (3)第一章引言 (5)1.1研究背景与意义 (5)1.2双脊波导定向耦合器的研究状况 (7)1.3国内外动态 (8)1.4本论文的重要工作和章节安排 (9)第二章定向耦合器的理论基础 (10)2.1定向耦合器的结构特点 (10)2.2定向耦合器的技术指标 (12)2.3单孔耦合理论 (16)2.4相位叠加理论 (17)2.5 多孔耦合 (18)2.6 重要参数的设计 (21)第三章双脊波导定向耦合器的设计与研究 (23)3.1双脊波导的特征及参数 (23)3.2单孔耦合设计 (28)3.3双脊波导多孔耦合设计 (30)3.4非对称十字孔耦合器的设计 (36)3.5本章小结 (37)第四章定向耦合器结构尺寸对特性参量的影响 (38)4.1 孔径大小对耦合器的影响 (38)4.2孔边距对耦合器的影响 (38)4.3孔间距对特性的影响 (40)4.4双脊波导的长边和窄边以及脊深度微小变化的影响 (42)4.5波导厚度的影响 (45)4.6 本章小结 (46)第五章同轴波导转换器设计与研究 (47)5.1 探针激励波导结构 (47)5.2 转换接头的模型设计 (50)5.3本章小结 (52)第六章总结 (53)参考文献 (54)致谢 (57)攻硕期间取得的研究成果 (58)第一章引言1.1研究背景与意义在微波系统中定向耦合器是一种用途广泛的四端口微波元件，在功率监视装置和接收机的混频器中都要应用定向耦合器。