定向耦合器基礎知識

1、4.4 定向耦合器 定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件, 它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構成的, 它是微波功率分配器件的一種。 本節(jié)主要介紹定向耦合器的性能指標, 而后簡單介紹波導雙孔定向耦合器、雙分支定向耦合器和平行耦合微帶定向耦合器。一 結構原理 圖中“、 ”是一條傳輸系統(tǒng), 稱為主線；“、”為另一條傳輸系統(tǒng), 稱為副線。 耦合裝置的耦合方式有許多種, 一般有孔、分支線、耦合線等, 形成不同的定向耦合器。 定向耦合器是四端口網(wǎng)絡, 端口“”為輸入端, 端口“”為直通輸出端, 端口“”為耦合輸出端, 端口“”為隔離端。定向耦合器的原理圖耦合裝置P1P2P4P3二 性能指標

2、描述定向耦合器的性能指標有: 耦合度、隔離度、 定向度、輸入駐波比和工作帶寬。1耦合度 輸入端“”的輸入功率P1和耦合輸出端“”的輸出功率P3之比定義為耦合度, 記作C。)(1lg20lg101331dBSPPC2 隔離度 輸入端“”的輸入功率P1和隔離端“”的輸出功率P4之比定義為隔離度, 記作I。)(1lg20lg101441dBSSSI3 定向度 耦合端“”的輸出功率P3與隔離端“”的輸出功率P4之比定義為定向度，記作D。141343lg20lg10SSPPD4 輸入駐波比 端口“、 、 ”都接匹配負載時的輸入端口“”的駐波比定義為輸入駐波比，記作。 111111SS5工作帶寬 工作帶寬

3、是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。 111111SS三 各種耦合器件 圖4-19中依序為波導窄壁孔耦合定向耦合器、正交波導寬壁十字孔耦合定向耦合器、耦合帶狀線定向耦合器及微帶線分支定向耦合器。四 波導窄壁雙孔耦合定向耦合器 波導窄壁雙孔定向耦合器是最簡單的波導定向耦合器, 主、副波導通過其公共窄壁上兩個相距l(xiāng)=(2n+1)/4 的小孔實現(xiàn)耦合。1工作原理簡析 輸入波行進至耦合孔a、b時，電磁能通過小孔耦合至副波導。lccccABAB小孔耦合 電磁能通過小孔耦合、激勵的問題，要用小孔繞射理論來分析，這是微波經典理論中的重要內容之一，嚴格求解存在數(shù)學上的困難。

4、 對于尺寸遠小于工作波長的小孔，可看作是小孔位置處輻射電偶極子與磁偶極子的組合，而其偶極矩則分別與入射波在小孔位置處的法向電場與切向磁場成正比。 這樣可以用一耦合系數(shù)來表示小孔的耦合強度。副波導中的耦合波 端口輸入波行進至小孔a處，耦合至副波導中的波以 表示向端口傳輸?shù)牟糠?，?表示向端口傳輸?shù)牟糠郑?為耦合系數(shù)。輸入波行進至小孔b處依然向副波導耦合，分為向端口的 和向端口的 兩部分。假定輸入波經過小孔a、b后幅值不變（弱耦合）。ljljljljljleCeCCAeCeCeCAcos222432 性能指標222242324223|cos|1lg10|lg10|lg104lg10|cos|1lg

5、10|1lg104lg10|1lg10|1lg10lCCAADlCAICAC理想條件下的性能指標 耦合端的輸出是兩小孔耦合波的同相疊加，而隔離端則是兩小孔耦合波的反相疊加而抵消。 這種利用波長關系的定向耦合器的工作頻帶是較窄的，因為兩小孔間距偏離上述條件時，隔離端來自兩小孔的耦合波不再是反相位疊加，隔離端會有輸出。 DICCnl,4123 應用 在實際使用中，定向耦合器的隔離端口都要接有匹配負載，用以吸收傳輸來的（漏泄）信號功率，以免產生反射而影響其它端口的信號功率分配，而破壞定向耦合器的工作性能。 為了增加定向耦合器的耦合度，拓寬工作頻帶, 可采用多孔定向耦合器。多孔定向耦合器原理 多個耦合小孔將會在副波導中激勵出多個向隔離端傳輸?shù)挠胁煌辔徊畹牟?，它們可在多個頻率上疊加抵消（這里所說抵消只能說是減弱，而一般不可能為零），這樣隔離端的輸出功率雖然不為零，但可在一較寬的頻率范圍內為很小值，從而實現(xiàn)了帶寬展寬。 多孔定向耦合器設計 多孔耦合定向耦合器，可作成耦合小孔孔徑相同孔距相等，也可作成孔徑不同孔距相等。孔徑不同則耦合系數(shù)不同，可使它們比例于二項式展開式中的系數(shù)，或比例于切比雪夫多項式等。這種以元件