微波电子技术-定向耦合器概述.

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。

定向耦合器的原理与应用下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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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。

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。

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。

微波定向耦合器工作原理一、引言微波定向耦合器是一种常用的微波器件，广泛应用于微波通信、雷达系统、卫星通信等领域。

它具有方便、灵活、高效的特点，能够实现微波信号的分配和耦合，是实现无线通信系统中重要的组成部分。

本文将对微波定向耦合器的工作原理进行全面、详细、完整的探讨。

二、微波定向耦合器的基本结构微波定向耦合器通常由耦合器和耦合环组成。

耦合器是一种特殊的波导结构，用于将微波信号从一个波导传输到另一个波导。

耦合环是一种特殊的环形结构，用于实现信号的定向耦合。

三、微波定向耦合器的工作原理微波定向耦合器的工作原理可以简单地分为两个步骤：耦合和定向。

3.1 耦合在耦合器中，微波信号通过波导进入耦合环。

当信号进入耦合环时，一部分能量会被传输到耦合环内部，形成环内模式。

耦合环内部的环形结构可以通过控制其几何参数来实现对耦合效果的调节。

当耦合环的几何参数适当时，可以实现最佳的耦合效果，使得尽可能多的能量被传输到耦合环内部。

3.2 定向在耦合环内部，耦合器通过调节耦合环的几何参数和输入信号的相位差，实现对信号的定向耦合。

定向耦合是指将输入信号按照一定的比例传输到不同的输出端口上。

耦合环内部的环形结构可以通过调节其几何参数来实现对信号的定向耦合。

当耦合环的几何参数适当时，可以实现理想的定向耦合效果，使得输入信号按照预定的比例传输到不同的输出端口上。

四、微波定向耦合器的性能指标微波定向耦合器的性能主要包括插入损耗、耦合平衡度、隔离度等指标。

4.1 插入损耗插入损耗是指微波信号在经过耦合器时的功率损耗。

插入损耗越小，说明耦合器的能量传输效果越好。

4.2 耦合平衡度耦合平衡度是指在不同的输出端口上输出的信号功率之间的平衡程度。

耦合平衡度越高，说明耦合器的定向耦合效果越好。

4.3 隔离度隔离度是指不同输出端口上的信号之间的相互干扰程度。

隔离度越高，说明耦合器的输出信号之间的相互干扰越小。

五、微波定向耦合器的应用微波定向耦合器在无线通信系统中有着广泛的应用。

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。

定向耦合器指标定向耦合器是一种常用的微波器件，主要用于功率的分配和组合，以及信号的测量和处理。

其性能指标对于整个系统的性能至关重要。

本文将对定向耦合器的主要性能指标进行详细介绍。

一、耦合度耦合度是定向耦合器最重要的性能指标之一，它表示耦合端口输出信号与输入信号之比。

通常用分贝（dB）来表示。

耦合度的选择取决于系统的具体需求，如需要将主信号的多少部分分流出来，以及需要将多少功率传输到负载等。

一般来说，耦合度越高，意味着更多的功率被分流出来，反之则更少的功率被分流。

在设计定向耦合器时，需要根据系统的具体要求和用途，选择合适的耦合度。

二、方向性方向性是定向耦合器的另一个重要指标，它表示定向耦合器对指定方向的信号具有较高的传递系数，而对相反方向的信号具有较低的传递系数。

方向性的大小取决于定向耦合器的设计结构和工艺水平。

一般来说，方向性越高，意味着定向耦合器的信号传递性能越好，越能有效地抑制反向信号的干扰。

因此，在某些需要防止信号反向泄漏或提高信号传输可靠性的系统中，应选择高方向性的定向耦合器。

三、隔离度隔离度表示定向耦合器的输出端口之间的信号相互隔离的程度。

理想的定向耦合器应具有完全的隔离，以避免信号在各输出端口之间的相互干扰。

然而，由于各种因素的影响，实际的定向耦合器隔离度总是存在一定的限制。

隔离度的高低取决于定向耦合器的设计、工艺和材料等因素。

在实际应用中，应根据系统的具体要求选择隔离度合适的定向耦合器，以保证系统的稳定性和可靠性。

四、带宽带宽表示定向耦合器正常工作的频率范围。

理想的定向耦合器应在较宽的频带内具有一致的传输特性和相位特性。

然而，由于各种因素的影响，实际的定向耦合器带宽总是存在一定的限制。

带宽的大小取决于定向耦合器的设计、工艺和材料等因素。

在实际应用中，应根据系统的具体要求和用途选择带宽合适的定向耦合器，以保证系统的正常工作和稳定性。

五、驻波比驻波比（VSWR）表示定向耦合器输入端的电压最大值与最小值之比。

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。

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。

定向耦合器耦合度引言定向耦合器是一种用于无线通信系统中的重要设备，它的作用是将信号从一个输入端口耦合到一个或多个输出端口。

定向耦合器的耦合度是指在耦合过程中输入信号与输出信号之间的关联程度。

本文将从耦合器的基本原理、耦合度的定义和计算方法、耦合度的影响因素以及耦合度的优化方法等方面对定向耦合器耦合度进行探讨。

定向耦合器的基本原理定向耦合器是一种基于微波技术的被动器件，通常由多个传输线构成。

其基本原理是通过电磁波在传输线之间的耦合作用，将输入信号从一个传输线耦合到其他传输线上。

定向耦合器通常具有两个输入端口和两个输出端口，其中一个输入端口和一个输出端口用于输入和输出信号的耦合，另一个输入端口和另一个输出端口用于通过耦合器的内部结构将信号耦合到其他输出端口上。

耦合度的定义和计算方法耦合度是衡量定向耦合器输入信号与输出信号之间关联程度的指标。

一般来说，耦合度越高，输入信号与输出信号之间的关联程度越强，耦合器的性能越好。

耦合度的计算方法通常使用功率比或插入损耗来表示。

功率比法功率比法是通过比较输出端口上的功率与输入端口上的功率来计算耦合度的方法。

假设输入端口上的功率为Pin，输出端口上的功率为Pout，那么耦合度可以用以下公式表示：Coupling = 10 * log10(Pout / Pin)其中，Coupling表示耦合度，单位为dB。

根据功率比法计算的耦合度可以直观地反映输入信号与输出信号之间的关联程度。

插入损耗法插入损耗法是通过比较输入信号与输出信号之间的功率损耗来计算耦合度的方法。

假设输入端口上的功率为Pin，输出端口上的功率为Pout，那么耦合度可以用以下公式表示：Coupling = 10 * log10(Pin / Pout)根据插入损耗法计算的耦合度可以反映定向耦合器对信号的衰减程度。

耦合度的影响因素定向耦合器的耦合度受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：传输线长度和宽度传输线长度和宽度对定向耦合器的耦合度有较大影响。

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。

微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计微波定向耦合器的原理与设计一、实验目的1．了解定向耦合器的原理；2．利用实验模组实际测量以了解定向耦合器的特性；3．掌握耦合器的设计方法。

二、实验原理定向耦合器是一种有方向性的功率耦合元件，可用来监视功率、频率和频谱；把功率进行分配和合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；还可用来测量反射系数和功率等。

定向耦合器是四端口网络结构，如图9-1所示。

图9-1 定向耦合框图它的信号输入端（port_1）的功率为，信号直通端（port_2）的功率为，信号耦合端（port_3）的功率为，而信号隔离端（port_4）的功率为。

在各端口均接匹配负载的情况下，定义下述各项技术指标：传输系数：式（9-1）耦合系数：式（9-2）隔离系数：式（9-3）方向系数：式（9-4）它们之间的关系为：式（9-5）定向耦合器常用于对指定流向微波信号的提取，或是相反地混合不同的信号。

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，一种是耦合线定向耦合器，其耦合区长度为四分之一波长，一个输入端口，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，剩余的一个端口称为隔离端，理论上隔离端不输出任何能量。

另一种为分支线定向耦合器，两输出端口结构上相邻，常用于强耦合场合。

关键参数指标及其含义耦合度：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的分贝值。

耦合分配损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主线插入损耗的理论值。

耦合分配损耗与耦合度的关系如下：耦合度耦合分配损耗3dB 3.00dB 6dB 1.20dB 10dB 0.46dB 15dB 0.14dB 20dB 0.04dB 30dB 0.004dB 主线插入损耗：当匹配负载接主线外各端口时，主线输出功率与输入功率之比的分贝值。

主线插入损耗包括能量耦合损耗和能量耗散损耗两方面。

平行线耦合器一、基本原理两根紧挨着的微带线，一根通信号，因为电磁场的相互作用，另一根会有功率耦合。

当电磁波通过主线时，本身是携带电场和磁场的，由于两根传输线距离很近，类似电容，所以主线上的交变电流通过电容，将两股方向相反的电流耦合到耦合线上；同时根据电磁感应定律，磁场中的导线会产生方向相反的感应电流，故上图②端口和下图4端口会产生叠加的功率，而③口，因为电场和磁场产生电流的方向相反而抵消。

正因此，③口称为隔离端，另一个口称为耦合端。

二、单节平行线耦合器结构1.①为信号输入；②为耦合端口；③为隔离端口；④输出端口；2.两线耦合段线长1/4波长，线宽为50Ω匹配（耦合部分，可稍细）；3.因为是对称设计，输入输出端口可反，同时耦合隔离也会反过来。

三、设计指标1.插入损耗：输入输出直通的S21/S12；2.电压驻波比：主要看S11和S22，S33和S44一般较好；3.耦合度：耦合能量的大小，和线距离远近有很大关系（能有多近，看加工精度）；4.隔离度：隔离端口的损耗值，耦合的能量越小越好；5.方向性= |隔离度| - |耦合度|，①耦合段改成锯齿状②带状线耦合可提高方向性（因为微带线奇偶模两种模式相速不同，在空气-介质界面有不同的场结构，所以降低了方向性）。

6.承受功率：线越宽，承受功率自然就越高。

四、HFSS仿真验证仿真模型如下：仿真结果如下：从仿真图上可以看到，损耗极小，耦合度在26dB左右；隔离度在37dB左右，所以方向性为11dB，符合理论，有实际效果，但方向性太差。

下图的模型可以稍稍提高一点方向性。

五、耦合器设计过程和Wilkinson功分器一样，单节1/4波长传输线带宽太窄，宽带需要多节设计。

1.单节耦合器（带宽窄）（1）已知耦合度和特征阻抗Z0第一步：算出耦合系数CC= 10-M/20（M为耦合度）第二步：算出偶模和奇模的特征阻抗Z0e和Z0oZ0e= Z0√（（1+C）/（1-C））Z0o= Z0√（（1-C）/（1+C））第三步：算出线长、线宽和耦合度软件Genesys中的小工具Tline计算得出（公式计算，过于复杂）（2）已知耦合度和特征阻抗Z0可以直接用小工具：哈哈哈哈哈哈哈，那我为啥还要写（1），哈哈哈哈，太蠢了。