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微波定向耦合器工作原理引言：微波定向耦合器是一种常见的无源微波器件，广泛应用于微波通信、卫星通信、雷达系统等领域。
它能够实现微波信号的能量分配和定向耦合，具有较高的传输效率和较低的插损。
本文将从微波定向耦合器的工作原理、结构以及应用等方面进行介绍。
一、工作原理微波定向耦合器通过特殊的设计和制造工艺，实现了微波信号的能量分配和定向耦合。
其工作原理主要基于两个重要的物理现象：电磁波的传输特性和微波传输线的耦合机制。
1. 电磁波的传输特性微波定向耦合器中的微波信号是以电磁波的形式传输的。
电磁波在传输过程中，具有幅度、相位和频率等特性。
幅度决定了电磁波的强弱，相位决定了电磁波的相对位置，频率决定了电磁波的振动次数。
2. 微波传输线的耦合机制微波传输线是微波定向耦合器中的重要组成部分。
它通常由金属导体制成，并具有特定的传输特性。
微波传输线中的电磁波会沿着导体表面传播，并在传输过程中与其他导体发生相互作用。
这种相互作用会引起电磁波的能量分布和传输方向的改变。
二、结构和工作方式微波定向耦合器通常由输入端口、输出端口和耦合结构组成。
其中，输入端口用于接收输入信号，输出端口用于输出耦合后的信号，耦合结构用于实现输入信号到输出信号的能量分配和定向耦合。
1. 能量分配微波定向耦合器的能量分配是指将输入信号的能量按照一定比例分配到不同的输出端口。
这种能量分配通常通过合理设计的耦合结构实现。
耦合结构中的导体、介质和空气等介质的特性会影响能量分配的效果。
2. 定向耦合微波定向耦合器的定向耦合是指将输入信号的能量按照一定的方向耦合到输出端口。
这种定向耦合可以通过合理设计的导体形状和布局实现。
导体的形状和布局会影响电磁波在耦合结构中的传输路径和传输方向。
三、应用微波定向耦合器在各种微波系统中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 微波通信系统微波定向耦合器可以用于微波通信系统中的信号分配和耦合。
它可以将输入信号的能量按照一定的比例分配到不同的输出端口，实现信号的多路复用和分配。
（整理）耦合器知识在微波系统中, 往往需将⼀路微波功率按⽐例分成⼏路, 这就是功率分配问题。
实现这⼀功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分⽀器件。
这些元器件⼀般都是线性多端⼝互易⽹络, 因此可⽤微波⽹络理论进⾏分析。
⽬录定向耦合器波导双孔定向耦合器双分⽀定向耦合器平⾏耦合微带定向耦合器隔离器参考资料定向耦合器波导双孔定向耦合器双分⽀定向耦合器平⾏耦合微带定向耦合器隔离器参考资料编辑本段耦合器- 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。
如图5 - 13 所⽰。
图中“①、②”是⼀条传输系统, 称为主线；“③、④”为另⼀条传输系统, 称为副线。
耦合装置的耦合⽅式有许多种, ⼀般有孔、分⽀线、耦合线等, 形成不同的定向耦合器。
⾸先介绍定向耦合器的性能指标, 然后介绍波导双孔定向耦合器、双分⽀定向耦合器和平⾏耦合微带定向耦合器。
1)定向耦合器的性能指标定向耦合器是四端⼝⽹络, 端⼝“①”为输⼊端, 端⼝“②”为直通输出端, 端⼝“③”为耦合输出端, 端⼝“④”为隔离端, 并设其散射矩阵为［S］。
描述定向耦合器的性能指标有: 耦合度、隔离度、定向度、输⼊驻波⽐和⼯作带宽。
下⾯分别加以介绍。
2)隔离度?输⼊端“①”的输⼊功率P1和隔离端“④”的输出功率P4之⽐定义为隔离度，记作I。
(3)定向度?耦合端“③”的输出功率P3与隔离端“④”的输出功率P4之⽐定义为定向度，记作D。
(4) 输⼊驻波⽐?端⼝“②、③、④”都接匹配负载时的输⼊端⼝“①”的驻波⽐定义为输⼊驻波⽐，记作ρ。
(5)⼯作带宽?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。
编辑本段回⽬录耦合器- 波导双孔定向耦合器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。
微波定向耦合器、混合电桥、功率分配器1.微波定向耦合器基本概念：定向耦合器的技术指标(以同向为例)• 定向耦合器的技术指标：• 1.耦合：• 2.定向性：续上：• 5.插损：主线输入口到主线输出口的功率关系：• ６．各端口之间的功率关系：•2.耦合线定向耦合器基本原理• 如图：方向性的物理解释：奇、偶模分析和计算公式• 如图：续上•如下： •ｂ１ ｓ１１ｓ２１ｓ３１ｓ４１ ａ１ •ｂ２ ｓ２１ｓ１１ｓ４１ｓ３１ ａ２ •ｂ３ ＝ ｓ３１ｓ４１ｓ１１ｓ２１ ａ３ •ｂ４ ｓ４１ｓ３１ｓ２１ｓ１１ ａ４•偶模激励：ａ１＝ａ４ ＝１／２， ａ２ ＝ａ３ ＝０ 求出： •ＧＡＭＡｅ＝ｂ１ ／ａ１ ＝ ｂ４／ａ４ ＝ｓ１１＋ｓ４１ • Ｔｅ＝ｂ２ ／ａ１ ＝ｂ３／ａ４ ＝ｓ２１ ＋ｓ３１•奇模激励：ａ１＝１／２， ａ４ ＝－１／２， ａ２ ＝ａ３＝０求出：•ＧＡＭＡｏ＝ｂ１／ａ１＝ｂ４／ａ４＝ｓ１１－ｓ４１•Ｔｏ＝ｂ２／ａ１＝ｂ３／ａ４＝ｓ２１－ｓ３１•Ｓ１１＝（ＧＡＭＡｅ＋ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ２１＝（Ｔｅ＋Ｔｏ）／２，ｓ４１＝（ＧＡＭＡｅ－ＧＡＭＡｏ）／２，ｓ３１＝（Ｔｅ－Ｔｏ）／２续上:混合电桥也是四端口网路，其特点是其中两个端口相互隔离，另两个端口等功率输出。
两输出信号的相位差，可以是•幺正性(无耗网路)：3.制造公差对隔离度(方向性+耦合度)的影响•设：续上：•相速影响• 4.功率分配器：续上：续上：•-------续上：•-----续上：•------5. 测试：•这些器件的端口数目N>2,属多端口测试，使用两端口网络分析仪测量这些器件时，多余的端口必须接上匹配负载。
例如写出测量耦合器方向性的连接关系，如图。
复习题•一、说明耦合线定向耦合器工作原理（物理解释）。
•二、一个10 dB定向耦合器，不考虑线路导体本身的损耗且认为理想匹配，当输入功率Pin,dBm=10 dBm时，求出：（2-1）Pc,dBm，Pout, dBm等于多少dBm? （2-2）Pc，Pout等于多少mW?•三、用两端口网路分析仪测量10dB定向耦合器，•（3-1）写出测量各端口VSWR、耦合度CdB、隔离度LdB的连接关系;简述测量方法。
新型微波定向耦合器及Gysel功率分配器设计随着通信技术的飞速发展和应用的普及，对于高性能微波设备的需求也越来越高。
作为微波设备中的重要组成部分，定向耦合器和功率分配器在信号的分配和耦合过程中起到至关重要的作用。
本文将重点介绍一种新型的微波定向耦合器及Gysel功率分配器的设计。
首先，我们来了解一下定向耦合器的基本原理。
定向耦合器是将微波信号从一个输入端口耦合到多个输出端口的一种被动组件。
其主要由T型耦合器和相位平差网络组成。
T型耦合器主要通过在主传输线上引入两条耦合线实现信号的分配；而相位平差网络则通过调整不同分支线上的电路元件的参数，使得不同输出端口上的信号的相位差保持一致。
这样，通过定向耦合器分配的信号可以实现同时馈送到多个终端，提高了系统的传输效率。
然而，传统的定向耦合器存在一些问题，如较大的功耗、大量的占用面积和较高的损耗等。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种新型的微波定向耦合器设计。
该设计主要通过采用新颖的层状电感结构来减小功耗和面积，并通过优化电路参数来减小信号的损耗。
接下来，我们来介绍一下Gysel功率分配器的设计。
Gysel功率分配器是一种常见的被动功率分配器，其结构简单、性能可靠。
其主要由一个输入端口和多个输出端口组成，通过合理设计电路参数，将输入功率在输出端口之间平均分配。
在设计Gysel功率分配器时，首先需要确定输出端口的数量和分配比例。
在确定了数量和比例之后，需要根据电路的特性来确定合适的参数数值。
为了提高功率分配器的性能，可以采用一些技术手段，如优化分支网络的结构、控制电路元件的尺寸等。
总结来说，新型微波定向耦合器及Gysel功率分配器的设计是为了提高微波设备的性能和效率。
通过采用新颖的电路结构和优化的电路参数设计，可以减小功耗、面积和损耗，同时提高分配和耦合的效果。
这将为微波通信技术的发展提供更好的支持，推动通信设备的进一步创新和应用综上所述，新型微波定向耦合器和Gysel功率分配器的设计在提高微波设备的性能和效率方面具有重要意义。
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。
微波电路简介 1 微波电路简介1.1 微波无源器件微波无源器件由传输线的组合构成。
除了微波传输线以外，微波无源电路主要有功率分配器，定向耦合器，环行器，滤波器，隔离器，均衡器，短路器，衰减器，极化器，吸收负载，天线等无源器件。
我们在这里主要介绍其中主要类型。
一．定向耦合器定向耦合器是常用无源微波器件.可以作为信号的检测，合成及耦合使用。
如图1-4分别为微带环形定向耦合器；侧耦合定向耦合器；矩形微带定向耦合器和波导定向耦合器。
定向耦合器一般有四个端口。
如图4中的波导定向耦合器，如信号由1端口输入，则2端口为信号的主通道，3端口为1端口的耦合端，而4端口则是隔离端口。
图2环行定向耦合器 图3矩形微带定向耦合器图4波导定向耦合器图4.1 侧耦合侧耦合侧耦二．滤波器滤波器是典型的常用的无源微波网络器件，在微波电路中占有重要的地位。
滤波器从响应函数的角度可以分为最大平滑式，等波纹式和椭圆函数滤波器三种。
从结构上可以分为微带，波导和同轴腔体等结构的滤波器。
由信号的导通或截止可以分为高通，低通和带通滤波器。
如图5为侧边耦合微带带通滤波器。
图6为一种简单的椭圆函数滤波器。
图5侧边耦合微带滤波器图6微带滤波器图6为波导膜片滤波器。
由微带构成的谐振电路Q 值一般小于波导腔体的Q 值，所以微带滤波器的插入损耗一般要大于波导腔体滤波器。
图7 波导膜片滤波器三．微波功率分配器虽然定向耦合器在一定情况下具有功率分配的作用，但是原则上定向耦合器是一四端口器件。
功率分配功能可以由一三端口器件来完成。
如图8为Wilkinson 功率分配器/合成器。
由2, 3端口输入的功率可以无反射地传输到1 端口。
相反由1端口输入的微波功率图8 Wilkinson 功率分配器/合成器可以在2,3端口分为二路。
如电路上下是对称的，则射频功率在2，3端口是平分的。
微波功分配器还有其他许多种类。
四 微波阻抗匹配器。
阻抗匹配是许多微波电路的基本要求。
