第六章+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。

实验六定向耦合器特性的测量及应用目的：研究定向耦合器的特性及其应用。

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器件，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为本实验所用的十字定向耦合器，耦合器中端口之一终端接一内装的匹配负载。

主线副线图1（一）定向耦合器的主要特性参量有二：为了便于解释耦合度和方向性，画出了定向耦合器传输示意图（图3），图中P1、P2分别为主线输入、输出功率；PF3为副线中正向输出功率，PR3为副线中反向输出功率。

（1）耦合度（或过度衰减）C如图31243主线副线图3P3F 1243主线副线P1P23RP P1P21（a ）所示，主线输入功率P 1，与副线中正向输出功率P F 3之比，称为定向耦合的耦合度，若以分贝（db ）表示则：C=10logFP P 31(db) （6.1） （2）方向性D如图3所示，副线中正向输出功率P F 3与反向输出功率P R 3之比称为定向耦合器的方向性，若以分贝表示，则:D=logRFP P 33(db) （6.2） 有时，反映定向程度的指标也用隔离度D ’来表示。

隔离度表示主线输入功率P 与副线反向输出功率之比，即D=10logRP P 31(db) （6.3） 由式子（2）D=10logR F P P 33=10log R P P31=D ’-C （6.4） 从上可知，定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差，理想的定向耦合器的方向性D →∞;也就是说，当各端均匹配端接时，若功率从主线端“1”输入，则副线仅端“3”有输出，而端“4”无输出；即端“1”与端“4”彼此隔离；端“2”与端“3”彼此隔离，实际的定向耦合器隔离端的耦合隔离的理想器件。

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。

定向耦合器的工作原理定向耦合器是一种常见的微波器件，广泛应用于无线通信系统、雷达系统、卫星通信系统等领域。

它具有将微波能量从一个波导传输到另一个波导的功能，同时能够实现对微波能量的定向耦合和解耦。

在本文中，我们将详细介绍定向耦合器的工作原理。

定向耦合器通常由主波导、辅助波导和耦合装置组成。

主波导和辅助波导分别用于传输微波能量，而耦合装置则用于实现微波能量的定向耦合和解耦。

在定向耦合器中，主波导和辅助波导之间通过耦合装置进行能量的传输和耦合。

当微波能量从主波导传输到辅助波导时，耦合装置将一部分微波能量耦合到辅助波导中，同时将剩余的微波能量继续传输到主波导中。

这样，就实现了微波能量的定向耦合。

定向耦合器的工作原理可以通过电磁场理论来解释。

当微波能量在主波导中传输时，会产生一定的电磁场分布。

而耦合装置的设计则能够利用这种电磁场分布，实现微波能量的定向耦合和解耦。

通过合理设计耦合装置的结构和参数，可以实现不同程度的定向耦合效果，从而满足不同的应用需求。

除了电磁场理论，定向耦合器的工作原理还涉及到微波传输理论和波导理论。

在微波传输过程中，波导的特性对能量的传输和耦合起着重要作用。

定向耦合器的设计需要考虑到波导的特性，以实现高效的微波能量传输和定向耦合。

在实际应用中，定向耦合器还需要考虑到频率响应、功率损耗、耦合效率等因素。

通过优化设计，可以实现定向耦合器在特定频率范围内的高效能量传输和定向耦合。

同时，定向耦合器还需要考虑到耦合装置的制造工艺和材料选择，以实现稳定可靠的性能。

总之，定向耦合器是一种重要的微波器件，它通过合理设计的耦合装置，实现了微波能量的定向耦合和解耦。

在实际应用中，定向耦合器的工作原理涉及到电磁场理论、微波传输理论和波导理论等多个方面。

通过深入理解定向耦合器的工作原理，可以实现对其性能的更好把控和优化设计，从而满足不同应用场景的需求。

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。

第六章 定向耦合器、混合电桥与功率分配器§6.1 定向耦合器的基本概念微波定向耦合器是微波系统中应用最广泛的元件之一，它是个四端口网络。

其原理方框图如图（6.1-1）所示，图（a ）是同向定向耦合器，图（b ）是反向定向耦合器。

对于正向定向耦合器，它的工作过程是，当电磁波从端口1输入时，除了一部分电磁能量直接从端口4输出外，同时还有一部分电磁能量从端口3输出，而端口2无输出。

我们将端口3称为耦合口，端口2称为隔离口。

对于反向定向耦合器，当电磁波从端口1输入时，除了一部分电磁能量直接从端口4输出外，同时还有一部分电磁能量从端口2输出，而端口3无输出。

此时端口2为耦合口，端口3为隔离口。

图6.1-1 正向和反向定向耦合器显然，定向耦合器是是一个四端口网络，它的特性可用各种网络参数来描述，对于图（6.1-1）所示的定向耦合器，考虑到网络是互易，对称和无耗的，其散射矩阵为[]⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=11121314121114131314111214131211s s s s s s s s s s s s s s s s s （6.1-1） 在理想情况下，定向耦合器的各端口都是匹配的，即044332211====s s s s对于图（6.1-1a ）所示的正向定向耦合器，当1口输入时，2口没有输出，因此有012=s 根据无耗网络的[]s 矩阵的么正性，有⎪⎩⎪⎨⎧=+=+01*1314*1413214213s s s s s s （6.1-2） 此式表明，该网络的端口3和端口4的输出功率之和等于输入功率，而两个端口输出相位相差900。

由此可以看出，一个互易，无耗，完全对称的四端口网络，可以构成一个理想的900定向耦合器。

这样，正向定向耦合器的散射矩阵变为[]⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000000001314141313141413s s s s s s s s s （6.1-3）同理，对于图（6.1-1b ）的反向定向耦合器，其散射矩阵为[]⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000000001214121414121412s s s s s s s s s （6.1-4） 式中12s 与14s 相位上相差900。

定向耦合器的工作原理定向耦合器是一种重要的高频组件，在微波通信以及有线无线通信系统中都有广泛应用。

它可以把发射机发出的高频波束指向接收天线，从而提升系统的发射效率，有效地阻隔其它未被指向的天线，从而实现系统的灵敏度改善，同时也能避免干扰对有线无线系统的影响。

定向耦合器的工作原理是：定向耦合器是一种由一个非短路的源端和一个非短路的接收端组成的一个结构，它能够将来自于源端的波束指向接收端，而同时阻隔其它未被指向的天线。

定向耦合器的源端主要由发射机发出的高频波束和定向耦合器内部的反射板组成。

其中发射机发出的高频波束会经过反射板反射，最后从源端指向接收端。

反射板可以改变发射机发出的高频波束的方向，使之指向接收端，实现有效的阻隔效果。

定向耦合器的接收端可以是一个简单的、由多棱锥和横截面的组合结构的天线，也可以是一个更复杂的、由多路散射器组成的多棱锥结构。

此外，接收端还可以是一个联合结构，由一个朝向源端的反射片和一个朝向另一端的反射片组成，其中反射片可以将发射机发出的高频波束反射和改变其指向，从而有效地实现定向耦合的效果。

当定向耦合器的源端和接收端都设置好之后，就可以实现定向耦合的功能了。

首先，发射机发出的高频波束会经过定向耦合器的反射板，随后将反射后的高频波束指向接收端，实现指向性耦合的效果。

然后，定向耦合器的反射板会通过另外一个反射板将波束反向发射到源端，从而形成一个完整的循环。

此外，定向耦合器还可以进一步增强反射效果，即把原本指向接收端的波束反射回源端，从而阻碍接收端的波束传输。

定向耦合器的工作原理是由其内部结构中的源端、反射片和接收端组合而成的，可以有效地把发射机发出的高频波束指向接收端，从而提升系统的发射效率，有效地阻隔其它未被指向的天线，从而实现系统的灵敏度改善，同时也能避免干扰对有线无线系统的影响。

因此，定向耦合器在微波通信以及有线无线通信系统中都有广泛应用，为微波通信和有线无线通信的发展提供了方便。