耦合器与合路器作用正好相反。耦合器用于接收端，合路器用于发射端。耦合器将接收到的无线信号分为几路给不同的接收机，合路器则将几路从不同发射机过来的射频信号合为一路到天线发射。 耦合器有4端口的，也有3端口的。其实这两个在原理上和结构上是一样的，之所以出现3端口的耦合器是因为在4端口耦合器的其中一个耦合端加了个负载，这样就变成三端口了。 以4端口耦合器为例，每个端口的名称为：RF-INPUT射频信号输入端，RF-OUTPUT 射频信号输出端，COUPLED FORWARD前向耦合端，COUPLED ERVERSE后向耦合端。 再以15dB四端口耦合器为例： 0dBm信号从RF-INPUT输入，其它每个端口得到的功率为： RF-OUTPUT -1.2dBm COUPLED FORWARD -15dBm COUPLED ERVERSE -35dBm 0dBm信号从RF-OUTPUT输入，其它每个端口得到的功率为： RF-INPUT -1.2dBm COUPLED FORWARD -35dBm COUPLED ERVERSE -15dBm 0dBm信号从COUPLED FORWARD输入，其它每个端口得到的功率为：COUPLED ERVERSE -1.2dBm RF-INPUT -15dBm RF-OUTPUT -35dBm 0dBm信号从COUPLED ERVERSE输入，其它每个端口得到的功率为：COUPLED FORWARD -1.2dBm RF-OUTPUT -15dBm RF-INPUT -35dBm 在通信系统中： 合路器主要用作将多系统信号合路到一套室内分布系统。 在工程应用中，需要将800MHZ的C网和900MHz的G 网两种频率合路输出。采用合路器，可使一套室内分布系统同时工作于CDMA频段和GSM频段。 又如在无线电天线系统中,将几种不同频段的(如145MHZ与435MHZ)输入输出信号通过合路器合路后,用一根馈线与电台连接,这不仅节约了一根馈线,还避免了切换不同天线的麻烦。
有关定向耦合器参数的定义 (2007-03-30 13:12:36) 转载 定向耦合器是一种四端口网络， 定向耦合器是无源和可逆网络。理论上，定向耦合器是无耗电路，而且其各个端口均应是匹配的。图１（ｂ）定义了定向耦合器各端口的属性。当信号从端口１输入时，大部分信号从端口２直通输出，其中一小部分信号从端口３耦合出来，端口４通常接一个匹配负载。如果要将定向耦合器反过来使用，则端口１和２，端口３和４的属性要互换定义。 定向耦合器可以由同轴、波导、微带和带状线电路构成。通常，定向耦合器用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成；此外，作为网络分析仪，天线分析仪和通过式（ＴＨＲＵＬＩＮＥ）功率计等测试仪器的核心部件，定向耦合器所起的作用是正向和反射信号的取样。定向耦合器的方向性是一项至关重要的指标，尤其是作为信号合成和反射测量应用时。 ２．各项指标的定义 如图１（ｂ）所示，在理想情况下，当信号功率从端口１输入时，输出功率只应出现在端口２和端口３，而端口４是完全隔离的，没有功率输出。但是在实际情况下，总有一些功率会泄漏到端口４。设端口１的输入功率为Ｐ１，端口２，３和４的输出功率分别为Ｐ２，Ｐ３和Ｐ４，则定向耦合器的特性可以由耦合度，插入损耗，隔离度和方向性等四项指标来表征，单位均为ｄＢ。 请注意在以下的描述中，所有的指标均表示为正数，而在实际应用中，则是用负数来进行各种计算的。 耦合度： 耦合度表示从端口１输入的功率和被耦合到端口３部分的比值，表示为：耦合度（Ｃ）＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１Ｐ３） 插入损耗： 插入损耗表示从端口１到端口２的能量损耗，表示为：插入损耗（ＩＬ）＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１Ｐ２） 请注意端口１的输入功率有一部分功率是被耦合到端口３的，所以应导入一个“耦合损耗”
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， θ θ θθθ θθ θsin )(cos 2sin cos sin )(cos 2sin cos 2020000002 0000002020000200002Z Z j Z Z jZ Z Z Z Z j Z Z jZ Z Z U e e e e +++-+++= θ θθ θsin )(cos 2sin )(cos 22020000000 0020200000 02Z 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(
e O e e e e Z Z Z Z Z Z Z θθθθsin sin sin sin 0000 00000020 ++== 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： θ θθsin cos 1sin 2002j C jC U +-= θ θsin cos 11202 04j C C U +--= 式中： 00 000 00Z 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(102 20220θ θ C C C -=' )dB ()cos 11lg(102 202 0θ C C T --= 而中心频率的耦合度为， ) dB () lg(20lg 2000 000 00Z Z Z Z C C e e +-==') 5() 6() 7()8() 9() 10()11() 12() 13(
功分器、耦合器、电桥原理与分析 2010-05-21 13:00 本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。 1功分器 1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。 2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。 功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是 几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换. 主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。 以下对各项指标进行说明: l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。 （因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测 得与理论值接近的分配损耗） 耦合器和三功分器图示 分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号，转换成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话， 每份功率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝ 10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－ 25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dB l 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率
通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。插入损 耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分 器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。 插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D 的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝ 5.3dB-4.8dB=0.5dB. 微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为 0.1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整 个路径上的损耗来表示（即分配损耗＋插损）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等 来表示二/三/四功分器的插损。 l 隔离度：指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。 隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，及 CD间的损耗。 l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15的；微带功分器则每个端 口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。 l 功率容限：指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W 平均功率。 l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～ 2000MHz和800～2500MHz频段 l 带内平坦度：指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：0.2~0.5dB。 2耦合器 1) 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的 称为直通端和耦合端) 2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。
定向耦合器方向性的分析 目前公司许多产品都用到定向耦合器，但在应用过程中都需要大量调试其方向性来满足指标要求，为了减小调试时间以及调试过程中产生的一些不稳定因素，让产品在设计时就能满足指标要求或在产品中增加一些可调器件来降低调试时间和增加产品的可靠性。 一、定向耦合器为什么会有方向性 上图为一段平行耦合传输线，当传输线1-4中有交变电流i I流过时，由于2-3线与1-4线靠得很近，所以2-3线中就有耦合来的能量，这个能量可通过电场（以耦合电容表示）又通过磁耦合（以耦合电感表示）耦合过来的。通过C m的耦合在2-3线中产生的电流i c2和i c3，同时由于i I的交变磁场作用，在2-3线上有感应电流i L，根据电磁感应定律，感应电流i L的方向与i I相反。 由上图可以看到，若有能量从端口1口输入，端口2是耦合口，端口4是输出端，端口3上有电耦合电流i c3和磁耦合电流i L，这两个电流是方向相反能量相同，相互抵消了，故端口3为隔离端，也使得定向耦合器变得有方向性了。
二、如何改善耦合器的方向性 图二
图三 图一是一段耦合微带线，上面什么也没有，仿真的结果为图二，可以看出这时耦合器的方向性很差，就个2dB，但在这段耦合微带上覆盖一层与基片相同厚度的介质后，得到的仿真结果为图三，这时方向性有很大的改善，有20dB左右。这个在我们实际的设计时已经应用到了，就是在主杆旁边直接用微带线来进行耦合，在调试时去改变腔深对方向性变化很明显，这是因为耦合微带的电场分别处在空气和介质中，所以它的奇模和耦模的相速不相同的，在隔离端的信号就不能相互抵消，方向就会变差，当覆盖一层介质后，电场就只在介质中传输，奇模和耦模的相速就变得相同了，方向就会得到很大的改善。 2、旋转耦合附杆，使之与传输主杆形成一个角度，这在实际应用中很多例子，这和第一种方法是同种道理，改变奇、耦模的电角度来改变它的相速，使方向性变好。
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。 基本简介 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。 定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件。它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等，一种应用特别广泛的耦合器是3dB 耦合器，这种耦合器的两个输出端口输出信号的幅度是相等的。 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。 定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合(分配)元件。它是一种四端口元件，通常由称为直通线(主线)和耦合线(副线)的两段传输线组合而成。直通线和耦合线之间通过一定的耦合机制(例如缝隙、孔、耦合线段等)把直通线功率的一部分(或全部)耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。如果直通线中波的传播方向变为与原来的方向相反，则耦合线中功率的输出端口与无功率输出的端口也会随之改变,也就是说，功率的耦合(分配)是有方向的，因此称为定向耦合器(方向性耦合器)。 定向耦合器作为许多微波电路的重要组成部分被广泛应用于现代电子系统之中。它可以被用来为温度补偿和幅度控制电路提供采样功率，可以在很宽的频率范围完成功率分配与合成；在平衡放大器中，它有助于获得良好的输入输出电压驻波比(VSWR)；在平衡混合器和微波设备(例如，网络分析仪)中，它可以被用来采样入射和反射信号；在移动通信中，使用
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
Abstract Reader 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
功分器、耦合器、电桥、双工器原理与分析 本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。 1功分器 1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。 2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。 功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径 由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是 几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换. 3）主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。 以下对各项指标进行说明: l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。 （因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测 得与理论值接近的分配损耗） 耦合器和三功分器图示 分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号，转换 成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话，每份功 率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝ 10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－ 25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dB l 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率 通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。插入损
耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分 器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。 插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D 的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝ 5.3dB-4.8dB=0.5dB. 微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为 0.1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整 个路径上的损耗来表示（即分配损耗＋插损）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等 来表示二/三/四功分器的插损。 l 隔离度：指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。 隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，及 CD间的损耗。 l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15的；微带功分器则每个端 口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。 l 功率容限：指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W 平均功率。 l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～ 2000MHz和800～2500MHz频段 l 带内平坦度：指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：0.2~0.5dB。 2耦合器 1) 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的 称为直通端和耦合端) 2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。
定向耦合器的研究 几种定向耦合器结构与分析 班级 XXXXXXXXXXXXXXXX 学号 XXXXXXXXXXX 姓名 XXXXXX 功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。也叫过流分配器，分有源，无源两种，可平均分配一路信号变为几路输出，一般每分一路都有几dB的衰减，信号频率不同，分配器不同衰减也不同，为了补偿衰减，在其中加了放大器后做出了无源功分器。 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，所以它是一种具有方向性的功率分配器。 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。 由于微带线具有平面电路结构，用其做成的定向耦合器往往比波导型的立体结构简单的多，故在微波集成电路中获得广泛应用。下面我们将来研究几种微带定向耦合器。 微带分支线定向耦合器 微带分支线定向耦合器由两根平行导带组成，通过一些分支导带实现耦合。分支导带的长度及其间隔均为1/4线上的波长，其结构示意图如下图所示，其分支数可为两分支或更多。所谓电桥是一种将功率平分耦合的定向耦合器的特称，即3dB定向耦合器。下面着重分析二分支的情况。 在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G、H和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。
电桥、耦合器和功分器的选择 电桥、耦合器和功分器，这三类器件在射频电路中用来分配或者合成信号。本文就三种器件的主要参数及它们之间的区别做一些描述。 三者的异同点： 1、3dB电桥和功率器都有功率分配的作用，两路输出的幅度都相等。电桥两路输出相位相差90或180度；而功分器两路输出不仅功率相等，相位也相同。 2、耦合器的耦合输出一般是6dB以上，且相位与主通道相位一致。若耦合度为3dB，则耦合端输出和主通道输出幅度相等，相位相同，这时等效于功分器。 无源器件根据实现原理分为微带型和腔体型两类。 微带型利用1/4波长的微带线，腔体型利用谐振腔。相对而言，微带型器件便宜但插入损耗达0.5dB，而腔体型贵一些但插入损耗只有0.1dB。 功分器是最常见的无源器件，用于将一路信号均分为多路信号，起着功率平均分配的作用，常见的有二功分、三功分、四功分。功分器反向应用就成了合路器。 耦合器是将一路信号分为不等的两路信号。耦合器有三个端子，分别为输入、直通和耦合端。根据输入与耦合端的功率差，分为5dB、6dB、7dB、10dB、15dB等多种型号，也可以根据直通和耦合端的比例，分为1:1，2:1，4:1等多种型号。 3dB电桥是一种特殊的耦合器，有两个输入端，直通和耦合端的比例为1:1，因此输入与耦合端的功率差为3dB。3dB电桥用于将基站的信号合路，从效果上看相当于合路＋二功分。 合路器用于不同系统的信号合路，如GSM/PHS/WLAN/WCDMA等，因此可以理解为频率合路。合路器中需要有滤波器。功分器也可做合路器使用，例如二功分。 但是注意的是，二功分、3dB电桥与合路器在使用的过程中也有区别，比如从插损、功率、价格、隔离度等条件考虑使用。 1、二功分与3dB电桥：二功分与3dB的插损、隔离度差不多。二功分做合路器使用插损3.4dB,隔离度25dB,驻波较大,两端口in,一端口out。3DB桥插损是3.2，隔离度也是25，驻波一般。但是有两个输出口，比如输入两个30输出就是两个27。3dB电桥的输出口也可随意定，两进一出\一进两出\两进两出其实都可以，多的一个口接上足够功率的负载就行了。不接负载的其实也就是出厂就断接了,跟另接负载没什么两样的效果。但是，对于驻波比要求高的时候只能用3dB。另外，还要考虑器件的承受功率。那么我想不通的是：在工程选择
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1概述 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。
功分器、耦合器、电桥原理与分析 本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。 1功分器 1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。 2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。 功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是 几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换. 主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。 以下对各项指标进行说明: l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。 （因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测 得与理论值接近的分配损耗） 耦合器和三功分器图示 分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号，转换 成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话，每份功 率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝ 10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－ 25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dB l 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率
通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。插入损 耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分 器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。 插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D 的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝ 5.3dB-4.8dB=0.5dB. 微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为 0.1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整 个路径上的损耗来表示（即分配损耗＋插损）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等 来表示二/三/四功分器的插损。 l 隔离度：指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。 隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，及 CD间的损耗。 l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15的；微带功分器则每个端 口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。 l 功率容限：指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W 平均功率。 l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～ 2000MHz和800～2500MHz频段 l 带内平坦度：指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：0.2~0.5dB。 2耦合器 1) 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的 称为直通端和耦合端) 2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。
功分器的内部结构、工作原理及应用： 功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。 功分器通常备为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的选择，具有很宽的频带特性。 参数说明： 插入损耗：器件直通损耗，其计算公式为所有的路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：理想分配损耗（dB）=10log（1/N） N为功分器路数 N=3 3.0dB N=3 4.8dB N=4 6.0dB N=8 9.0dB N=16 12.0dB 隔离度：当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减量。 幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。 相位平衡：指频带内各输出端口之间相对于输入端口相移量的起伏程度。 定向耦合器内部结构、工作原理及应用：
定向耦合器常用于对规定流向波信号进行取样，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，一为耦合定向耦合器，其耦合区长度为四分之一波长的整数倍，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，输出相位差往往是90度或180度。 参数说明： 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。 耦合损耗：由于耦合能量的存在而导致输出功率的减小，它等于主线插入损耗的理论值，主线插入损耗的最小理论值与耦合度的关系如下： 耦合度主线理论损耗 3dB 3.0dB 6dB 1.26dB 10dB 0.46dB 15dB 0.14dB 20dB 0.04dB 30dB 0.004dB 主线损耗：当匹配负载接主线外各端口时，在传输系统中由于耦合器的插入而引起的负载获得功率的变化，主线插入损耗包括耦合损耗和端口反射损耗。 方向性：当功率在指定方向上传输时，耦合端口的输出功率与同样的功率在相反方向传输时同一耦合端口的输出功率之差，对双向定向耦合器而言，定义为两个耦合端输出功率之差。
目录 1概述0 微波技术产生的背景及发展趋势 0 微波电路仿真软件ADS简介0 定向耦合概念及分类1 概念1 分类2 主要技术指标3 2工作原理4 传输线理论4 输入阻抗5 特性及测量6 网络特性 6 测量方法（定向耦合器的特性参量）7定向耦合器的用途7 3.微带分支电路的分析与设计8 分支线耦合器9 分支线耦合器的奇偶模分析9 4设计过程13 建立工程13 原理图的设计14 微带线参数的设置15 VAR控件的设置15 S参数仿真设计16 参数的优化18 分支线耦合器版图的生成19 5.总结与展望20
1概述 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。 微波电路仿真软件ADS简介 ADS，即Advanced Design System 的简称，它是Agilent Technoligyies（安捷伦）公司推出的一套电路设计软件。Agilent Technoligyies公司把HP MDS（Microwave Design System）和HP EEsof IV(Electronic Engineering Software )两者的精华有机地结合起来，并增加了许多新的功能，便构成了ADS软件。 自从Agilent Technoligyies 公司推出ADS软件后，很快被广大电子工程技术人员所接受，因为它与以前的微波仿真软件相比，具有更全面的功能，而且它的应用也变得更加广泛，它具有多种仿真软件的优点，仿真手段丰富，可实现包括时域和频域，数字与模拟，线性与非线性，高频与低频，噪声等多种仿真分析手段，范围涵盖小到元器件，大到系统级的仿真分析设计，ADS能够同时仿真射频（RF），模拟（Analog），数字信号处理（DSP）电路，并可对数字电路和模拟电路的混频电路进行协同仿真，由于其强大的功能，很快成为全球内业界流行的EDA设计工具。 （1）ADS的特点 ①在可操作性方面，ADS灵活使用了窗口技术，工具栏、工具栏、快捷键、模版以及菜单等使人机界面更美观、方便。
设计仿真微带线分支线定向耦合器 一、设计要求： 设计3dB微带分支定向耦合器 已知条件：微带线介质基片厚度h=0.5mm，εr＝4.2。 指标要求： 1）通带：50MHz 2）耦合度：3dB 3）中心频率：1.8GHz 4）输入输出阻抗：50Ω 二、理论分析： 2.1 结构分析 在一些电桥电路及平衡混频器等元件中，常用到分支线定向耦合器，微带二分支定向耦合器如下图所示，图中的字母G、H和数字1是各线段特性导纳的归一化值（对50欧姆阻抗对应的导纳值归一化），因各端口的导纳值相同，所以又称为等阻二分支定向耦合器。 H（Zb） 当功率由（1）臂输入时，（2）、（3）两臂有输出；理想情况下，（4）臂无功率输出，故（4）臂是隔离臂，（2）、（3）两臂的输出可按一定的比例分配，若（2）、（3）两臂的输出功率相同，都等于输入功率的一半，则成为3dB定向耦合器或3dB分支电桥。 利用奇偶模分析法，将上述电路在中心线A－A1处切开，此时可将两条线（1）－（2）及（3）－（4）从A－A1面分开来考虑，这样将四端口网络转换为二端口网络，上下是对称的。所以利用各端口理想的匹配及（1）、（4）端口之间理想的隔离条件，得出下列公式：
2221(1)3 (2)4 11 20lg 20lg (3) 3G H u jG u u G C u GH +==-+== 其中C 称为定向耦合器的耦合度，u1、u2、u3分别为（1）口输入电压和（2）、 （3）口输出电压，可见（2）口和（3）口的输出电压相位差90度，对与3dB 定向耦合器（C ＝3dB ）代入上式得： 1,G H =2.2 主要技术指标 含量定向耦合器性能的主要技术指标有耦合度、定向性、隔离度、输入电压驻波比和频带宽度。 （1）耦合度C 当端口1接信号源，端口2、3、4均接匹配负载时，端口1的输入功率p1与端口2的输出功率p2之比的分贝数为该定向耦合器的耦合度C ，则 （2）方向性系数D 端口2的输出功率p2与端口3的输出功率p3之比的分贝为定向耦合器的方向性系数D ，则 （3）隔离度I 端口1的输入功率p1与端口2的输出功率p3之比的分贝数为该定向耦合器的隔离度I ，则 （4）输入电压驻波比 指定向耦合器直通端口4、反向耦合端口2、隔离端口3都匹配负载时，在输入端口1测量到的驻波系数。 （5）频带宽度 频带宽度是指当耦合度及输入驻波比都满足指标要求时定向耦合器的工作频带宽度。 对于一个理想的定向耦合起器，p3=0，S31=0，I 趋向于无穷大 三、 原理图设计及仿真分析： 3.1 原理图设计 Ω=== Ω===3.351150110 bY Y Z aY Y Z b b a a