射频电路14-定向耦合器20141030
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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。