5-無源微波電路-3

1、1一、定向耦合器的端口定義及符號(hào)一、定向耦合器的端口定義及符號(hào)定向耦合器的一般性質(zhì)定向耦合器的一般性質(zhì)對(duì)稱性對(duì)稱性21343142ssss 隔離性隔離性4132ss 5.10 定向耦合器定向耦合器 定向耦合器是一種具有方向性的功率分配器，從主傳輸系統(tǒng)的正向波中按一定比例分配功率，并基本上不從反向波中分出功率。因此，利用定向耦合器可以對(duì)主傳輸系統(tǒng)中的入射波和反射波分別進(jìn)行取樣。=02定向耦合器的分類定向耦合器的分類 5.10 定向耦合器定向耦合器波導(dǎo)同軸線帶狀線微帶線按傳輸線類型單孔耦合多孔耦合連續(xù)耦合平行線耦合按耦合方式同向耦合反向耦合輸出方向90度定向180度定向輸出相位強(qiáng)耦合中等耦合弱耦合

2、按耦合強(qiáng)弱3 5.10 定向耦合器定向耦合器二、常見定向耦合器二、常見定向耦合器(a) 微帶分支定向耦合器; (b) 波導(dǎo)單孔定向耦合器; (c) 平行耦合線定向耦合器 (d) 波導(dǎo)匹配雙T耦合器; (e) 波導(dǎo)多孔定向耦合器; (f) 微帶混合環(huán)4 5.10 定向耦合器定向耦合器三、定向耦合器的性能指標(biāo)三、定向耦合器的性能指標(biāo)1.耦合度耦合度C：131310lg20lgpCsp 2.方向性系數(shù)方向性系數(shù)D：31344110lg20lgspDps 一般耦合度一般耦合度: 20 dB, 10 dB, 6 dB, 3 dB一般定向性一般定向性 3040 dB 愈大愈好愈大愈好010dB的定向耦合器

3、稱為強(qiáng)耦合定向耦合器的定向耦合器稱為強(qiáng)耦合定向耦合器1020dB的定向耦合器稱為中等耦合定向耦合器；的定向耦合器稱為中等耦合定向耦合器；大于大于20dB的定向耦合器稱為弱耦合定向耦合器。的定向耦合器稱為弱耦合定向耦合器。耦合端口與輸入端口功率之比耦合端口與輸入端口功率之比耦合端口與隔離端口功率之比耦合端口與隔離端口功率之比53. 隔離度隔離度I：141410lg20lgpIspIDC 4. 輸入駐波比：其余三端口均接匹配負(fù)載時(shí)輸入端口的駐波比。輸入駐波比：其余三端口均接匹配負(fù)載時(shí)輸入端口的駐波比。5. 頻帶寬度頻帶寬度: 指耦合度、隔離度、輸入駐波比均滿足要求時(shí)的指耦合度、隔離度、輸入駐波比均

4、滿足要求時(shí)的定向耦合器的工作頻帶寬度。定向耦合器的工作頻帶寬度。 5.10 定向耦合器定向耦合器互相隔離的兩端口功率之比互相隔離的兩端口功率之比6 5.10.1 定向耦合器的機(jī)理定向耦合器的機(jī)理一、小孔定向耦合器一、小孔定向耦合器443322211- -是主波導(dǎo)，是主波導(dǎo)，- -是副波導(dǎo)是副波導(dǎo)小孔定向耦合器可用等效源來分析小孔定向耦合器可用等效源來分析為加強(qiáng)定向性和耦合度，一般均采用多孔排陣方式為加強(qiáng)定向性和耦合度，一般均采用多孔排陣方式7 5.10.1 定向耦合器的機(jī)理定向耦合器的機(jī)理12a-a+34二、多孔二、多孔耦合器耦合器(1)(1)(1)3(1)j nj nj nj nba ea

5、ea ea ne 242(1)2242(1)2(1)2(1)1sin1sinjjjnjjjnj nj njbaa ea ea eaeeeenaa ee ？820log20log20logSCanCn CS 是單孔耦合度是單孔耦合度sinsin20log20log20logsinsinSannDDann DS單孔定向性，后項(xiàng)表示陣列定向性單孔定向性，后項(xiàng)表示陣列定向性 5.10.1 定向耦合器的機(jī)理定向耦合器的機(jī)理1a1b2a2b/4123494 端口端口隔離端口隔離端口2端口端口直通端口直通端口1 端口端口輸入端口輸入端口3端口端口耦合端口耦合端口 5.10.1 定向耦合器的機(jī)理定向耦合器的機(jī)

6、理10 5.10.3 理想對(duì)稱定向耦合器的理想對(duì)稱定向耦合器的s一、一、 無耗互易全匹配的四端口網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱定向耦合器無耗互易全匹配的四端口網(wǎng)絡(luò)是對(duì)稱定向耦合器證：證： 1423231212313241143324440000ssssssSssssss 利用無耗網(wǎng)絡(luò)的幺正性條件：利用無耗網(wǎng)絡(luò)的幺正性條件： *1SS 第一種情況：第一種情況：23241323*1314*1424222413142413120(3)340(4)(3)(4)()0s ss ss ss ssssss 列列列列列列列列消除消除13214342ssss 1432ss 11 5.10.3 理想對(duì)稱定向耦合器的理想對(duì)稱定向耦合器

7、的s 22141424130()0ssss *1SS2212132221223242221323342224341(5)1(6)1(7)1(8)ssssssssss 222132324(5) (6)(9)sss、222232434(9) (7)21(10)sss、23(10) (8)0(11)s、1423(0)ss隔隔離離性性12131223241323342434000000ssssssssss12 5.10.3 理想對(duì)稱定向耦合器的理想對(duì)稱定向耦合器的s12341324(6) (8)(7) (8)ssss - - -2212242213342224341(6)1(7)1(8)ssssss

8、則則對(duì)稱性對(duì)稱性 121312131312131200000000ssssSssss 13 5.10.3 理想對(duì)稱定向耦合器的理想對(duì)稱定向耦合器的s123412131324-ssssjss 設(shè)設(shè)或或、 00000000jjSjj 090)（定定向向耦耦合合器器0180)（定定向向耦耦合合器器 0000-000-0S 14第二種情況：第二種情況：推導(dǎo)過程類似，若推導(dǎo)過程改變?yōu)椋和茖?dǎo)過程類似，若推導(dǎo)過程改變?yōu)椋?324*1314*14 132324222314132314120(3)340(4)(3)(4)(-)0s ss ss ss ssssss 列列列列反向定向耦合器（平行線）反向定向耦合器（

9、平行線） 5.10.3 理想對(duì)稱定向耦合器的理想對(duì)稱定向耦合器的sjsSjj 由由 00000000jjSjj 區(qū)別？15 5.10.3 理想對(duì)稱定向耦合器的理想對(duì)稱定向耦合器的s90度定向耦合器0180)（定定向向耦耦合合器器反向定向耦合器反向定向耦合器16 5.10.4奇偶模分析法分析對(duì)稱定向耦合器奇偶模分析法分析對(duì)稱定向耦合器 11121314121114131314111214131211sssssssssssssssss 端口端口1加激勵(lì)時(shí)的等效激勵(lì)加激勵(lì)時(shí)的等效激勵(lì)對(duì)稱面對(duì)稱面12431a1 開路開路12431a1/2 4a1/2 短路短路12431a1/

10、2 4a1/2 17 5.10.4奇偶模分析法分析對(duì)稱定向耦合器奇偶模分析法分析對(duì)稱定向耦合器偶模激勵(lì)時(shí)偶模激勵(lì)時(shí)1111213142121114133131411124141312111/2001/2eeeebssssbssssbssssbssss 121114121311eeeeeebbssTssaa eeT 引引入入偶偶模模反反射射系系和和傳傳輸輸系系數(shù)數(shù)11141412132322eeeessbbssbb 4端口端口2端口端口18 5.10.4奇偶模分析法分析對(duì)稱定向耦合器奇偶模分析法分析對(duì)稱定向耦合器奇模激勵(lì)：奇模激勵(lì)：11112131421211141331314111241413

11、12111/2001/2oooobssssbssssbssssbssss 121114121311ooooooooTbbssTssaa 引引入入奇奇模模反反射射系系和和傳傳輸輸系系數(shù)數(shù)eoeoTT由由、 、可可推推出出111412132222eoeoeoeossTTTTss ，11141412132322oooossbbssbb 195.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器0elll設(shè)設(shè)：一、一、 /4微帶平行線定向耦合器微帶平行線定向耦合器(反向）反向）1. 偶模激勵(lì)偶模激勵(lì)0000cossinsincoseeeeeeZjZabcdZjZ 000000000000()sin2cos()si

12、n222cos()sineeeeeeeeZZjZZabcdZZabcdjZZTZZabcdjZZ 205.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器2.奇模激勵(lì)奇模激勵(lì)011?2es 02121490 :1-sjCjsC 3. s系數(shù)同上系數(shù)同上213122001420010221cossin(21eoeoeoeoeoTTTTCssCjZZjCtgsCZZCjtg 耦耦合合系系數(shù)數(shù)）匹配條件匹配條件(p240)000000022cos()sineoeoeooeZZ ZTTZZjZZ0215.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器 00000000jjsjj 22The Lange couplerT

13、he unfolded Lange coupler.235.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器二、二、 90900 0定向耦合器定向耦合器1.定性分析定性分析(波程差法波程差法)端口端口1激勵(lì)時(shí)激勵(lì)時(shí)(4)端口：端口：A-B-C-D和和A-D兩路信號(hào)合兩路信號(hào)合成，相差成，相差 ，抵消，隔離端，抵消，隔離端(3)端口：端口：A-B-C和和A-D-C兩路信號(hào)合兩路信號(hào)合成，同相，疊加，耦合端成，同相，疊加，耦合端ABDC245.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器2. 用奇偶模法求用奇偶模法求s(1). 偶模等效電路偶模等效電路 123100/21011201112aaaajjjjjj 1

14、112021(1)2eeabcdsabcdsjTabcd /4g /8g /8g 2/4g 2jj255.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器(2).奇模等效電路奇模等效電路 123100/21011201112aaaajjjjjj 1112021(1)2ooabcdsabcdsjTabcd /4g /8g /8g 1/2/4g 1/2j j 265.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器3. s: 1114121300221222201000111002010eoeoeoeossTTTTjssjjsjj Z1Z4Z2Z3ABCDZt1Zt2Z0pZ0pg/ 4g/ 4275.11 微帶線定

15、向耦合器微帶線定向耦合器285.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器1. 定性分析定性分析端口端口1激勵(lì)激勵(lì)(4) 、(2)端口兩路信號(hào)同相疊加端口兩路信號(hào)同相疊加，且同相且同相(3)端口信號(hào)兩路信號(hào)反相抵消端口信號(hào)兩路信號(hào)反相抵消端口端口3激勵(lì)激勵(lì)(4) 、(2)端口兩路信號(hào)同相疊加端口兩路信號(hào)同相疊加，且反相且反相(1)端口信號(hào)兩路信號(hào)反相抵消端口信號(hào)兩路信號(hào)反相抵消三、三、 1801800 0定向耦合定向耦合(混合環(huán)混合環(huán)) )（HT）（ET）295.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器2. 偶模等效電路偶模等效電路 123101002110222122-1aaaajjjjjj 11

16、12222eeabcdjsabcdjsTabcd /4g /8g 3/ 8g 2/4g 2/2j/2j 305.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器3. 奇模等效電路奇模等效電路 1231112101002/21/21/201221222ooaaaajjjjjjabcdjsabcdjsTabcd /4g /8g 3/ 8g 2/4g 2/2j /2j315.11 微帶線定向耦合器微帶線定向耦合器4. s:11141213222202220222ooeeeoeoeoeojjTjjTjssTTTTjss 01011010010121010js 325.9 魔魔T由互易性、對(duì)稱性、由互易性、對(duì)稱性

17、、ET和和HT的性質(zhì)設(shè)的性質(zhì)設(shè)3、4端口匹配，則：端口匹配，則： 13231112131414241211131411221313334414143443000000sssssssssssssssssssssss 一、一、s33無耗網(wǎng)絡(luò)的幺正性條件無耗網(wǎng)絡(luò)的幺正性條件 *1SS 2213131112131422121113141414*131311 1312 1322221414111213141( )-1( )-000( )001( )ssassssssssssbssss ss scssssssd 13141112( ),( )1/2( )( ),( ),( )0abssecdess 001

18、100111110021100s 全匹配全匹配對(duì)口隔離對(duì)口隔離功率均分功率均分5.9 魔魔T345.9 魔魔T35魔魔T 的應(yīng)用的應(yīng)用 微波阻抗測(cè)量電橋雙微波阻抗測(cè)量電橋雙T可以用來作為平衡電橋測(cè)量阻抗：可以用來作為平衡電橋測(cè)量阻抗：5.9 魔魔T指示器ZXZ0信號(hào)源 H E 由由H壁輸入信號(hào)被等幅同相地分壁輸入信號(hào)被等幅同相地分配到端口配到端口1、2中去。如果中去。如果Z0=ZX，則由則由ZX、Z0引起的反射波也是等幅引起的反射波也是等幅同相，因此同相，因此 E 壁不會(huì)有輸出，指示壁不會(huì)有輸出，指示器為器為0。Z0ZX時(shí)，則由它們引起的時(shí)，則由它們引起的反射波不僅不同相，而且幅度也不反射波不僅不同相，而且幅度也不相等，相等，E壁有輸出指示值也就不等壁有輸出指示值也就不等于零。這時(shí)調(diào)整已知阻抗于零。這時(shí)調(diào)整已知阻抗Z0 ，直到直到指示器的指示位為零，指示器的指示位為零， ZX則等于則等于Z0365.9 定向耦合器應(yīng)用定向耦合器應(yīng)用在線檢測(cè)在線檢測(cè)213141VVVCVCVVD iiirCCVCeVC eDD11ririCCVDDCVCDDVDV 37E H本振信號(hào)12中頻