3.2 定向耦合器 定向耦合器在微波技术中有着广泛的应用，如用来 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：又可以利 用定向耦合器来测量反射系数和功率，等等。 定向耦合器的种类很多。 按传输线类型来分有波导、同轴线、带状线和微 带线定向耦合器； 按耦合方式来分有单孔耦合、多孔耦合、连续耦 合和平行线耦合定向耦合器， 按耦合输出的方向来分有同向耦合器和反向耦合 器； 按输出的相位来分有90°定向耦合器和180°定向 耦合器； 按耦合的强弱来分有强耦合中等耦合和弱耦合定 向耦合器。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 1 3.2 定向耦合器 定向耦合器在微波技术中有着广泛的应用,如用来 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;又可以利 用定向耦合器来测量反射系数和功率,等等。 定向耦合器的种类很多。 按传输线类型来分有波导、同轴线、带状线和微 带线定向耦合器; 按耦合方式来分有单孔耦合、多孔耦合、连续耦 合和平行线耦合定向耦合器; 按耦合输出的方向来分有同向耦合器和反向耦合 器; 按输出的相位来分有90°定向耦合器和180°定向 耦合器; 按耦合的强弱来分有强耦合中等耦合和弱耦合定 向耦合器
图中给出了几种定向耦合器的结构示意图，其中图(a) 为微带分支定向耦合器，图(b)为波导单孔定向耦合器，图(c) 为平行耦合线定向耦合器，图(d)为波导匹配双T,图(e)为波 导多孔定向耦合器，图(f为微带混合环。 ① ④ 1 ③ ① ② ③ ④ ③ (a) (b) ③ ④ (d) (e) STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 2 图中给出了几种定向耦合器的结构示意图,其中图(a) 为微带分支定向耦合器,图(b)为波导单孔定向耦合器,图(c) 为平行耦合线定向耦合器,图(d)为波导匹配双T,图(e)为波 导多孔定向耦合器,图(f)为微带混合环
C BC-N000-30S S/N:CS1002 OUT hi1718.com STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 3
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b4 b3 (4) (3) a b2 (1) (2) 上图是定向耦合器的原理框图，有4个端口，两根传输线 传输线之间有一定的耦合，当功率由端口1向端口2传输时， 如果端口2,3,4都接匹配负载，则副线上只有端口3有能量输出 端口4无能量输出，称为同向定向耦合器，并称端口2为直通 端口，3为耦合端口，4为隔离端口。若端口2仍为直通端口， 3为隔离端口，4为耦合端口，则称为反向定向耦合器。 STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 4
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 4 上图是定向耦合器的原理框图，有4个端口，两根传输线 传输线之间有一定的耦合，当功率由端口1向端口2传输时， 如果端口2,3,4都接匹配负载，则副线上只有端口3有能量输出 端口4无能量输出，称为同向定向耦合器，并称端口2为直通 端口，3为耦合端口，4为隔离端口。若端口2仍为直通端口， 3为隔离端口，4为耦合端口，则称为反向定向耦合器
一、定向耦合器的技术指标 定向耦合器的主要技术指标有耦合度、定向性、输 入驻波比和工作带宽。 (一)耦合度C 耦合度C定义为输入端口的输入功率P,和耦合端口 的输出功率P,之比的分贝数即 C=101g (dB) P 当输入功率P一定时，耦合输出功率P越大，耦合度C越小， P越小，C越大。由此可见耦合度的分贝数愈大耦合愈弱。 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 5
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 5 一 、定向耦合器的技术指标 定向耦合器的主要技术指标有耦合度、定向性、输 入驻波比和工作带宽。 (一) 耦合度C 耦合度C定义为输入端口的输入功率P1和耦合端口 的输出功率P3之比的分贝数即 1 3 10lg ( ) P C dB P 当输入功率P1一定时，耦合输出功率P3越大，耦合度C越小， P3越小，C越大。 由此可见耦合度的分贝数愈大耦合愈弱
通常把耦合度为0~10dB的定向耦合器称为强耦合 定向耦合器；把耦合度为10~20dB的定向耦合器称为中等 耦合定向耦合器；把大于20dB的耦合度的定向耦合器称 为弱耦合定向耦合器。 由于定向耦合器是个可逆四端口网络，因此耦合度又可表 示为 C=101g 2018S :(dB) S.0 2 STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 6
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 6 通常把耦合度为0~10dB的定向耦合器称为强耦合 定向耦合器;把耦合度为10~20dB的定向耦合器称为中等 耦合定向耦合器;把大于20dB的耦合度的定向耦合器称 为弱耦合定向耦合器。 由于定向耦合器是个可逆四端口网络,因此耦合度又可表 示为: 2 1 2 13 13 1 1 2 10lg 20lg ( ) 2 i i U C dB S U S
(二)隔离度D 定义为输入端的输入功率P,与隔离端的输出功率P4 之比，用分贝表示为： P D =101gp, =101gS 1 理想情况下，端口4应无输出，D应为无穷大，但是由于设 计或加工不理想，有极小部分功率从端口4输出，使隔离度 不再是无穷大。 定向性D 通常采用耦合端口和隔离端口的输出功率之比的分贝数 来表示定向耦合器的定向传输性能，称为定向性D',即 D'=101g S-2 01g (dB) P S STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 7 定向性D' 通常采用耦合端口和隔离端口的输出功率之比的分贝数 来表示定向耦合器的定向传输性能,称为定向性D'，即 2 3 31 31 2 4 41 41 10lg 10lg 20lg ( ) P S S D dB P S S (二)隔离度 D 定义为输入端的输入功率P1 与隔离端的输出功率P4 之比，用分贝表示为： 理想情况下，端口4应无输出，D应为无穷大，但是由于设 计或加工不理想，有极小部分功率从端口4输出，使隔离度 不再是无穷大
上式表明，D愈大，隔离端口输出愈小，定向性愈好。 在理想情况下，P4=O,即D'=oo,实用中我们常对定向性提出 一个最小值D'min (三)输入驻波比p 将定向耦合器除输入端口外，其余各端口均接上匹 配负载时，输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波 比。此时，网络的输入端的反射系数即为网络的散射参 量S1,故有 1+Sul P= 1-Su STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 8
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 8 上式表明,D'愈大,隔离端口输出愈小,定向性愈好。 在理想情况下,P4 =0,即D'=∞,实用中我们常对定向性提出 一个最小值D'min。 (三)输入驻波比ρ 将定向耦合器除输入端口外,其余各端口均接上匹 配负载时,输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波 比。此时,网络的输入端的反射系数即为网络的散射参 量S11,故有 11 11 1 1 S S
(四)工作频带宽度 满足耦合度、隔离度（或定向系数）及输入端口 驻波比的定向耦合器的工作频带宽度，简称工作带宽。 一、平行耦合线定向耦合器 平行耦合线定向耦合器是TEM波传输线定向耦合 器的一种主要形式，目前主要由耦合带状线和耦合微带 线构成，具有反向耦合器的特点。 单节/4波长平行 耦合线定向耦合线： 输入 STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 9 (四) 工作频带宽度 满足耦合度、隔离度（或定向系数）及输入端口 驻波比的定向耦合器的工作频带宽度,简称工作带宽。 一、平行耦合线定向耦合器 平行耦合线定向耦合器是TEM波传输线定向耦合 器的一种主要形式，目前主要由耦合带状线和耦合微带 线构成，具有反向耦合器的特点。 单节λ/4波长平行 耦合线定向耦合线：
平行耦合线定向耦合器的组合 单节平行线定向耦合器只适用窄带弱耦合，难以实现强 耦合，若要求强耦合或宽带耦合时，可将多个单节平行 线耦合器进行串接或级联组合。 9- Zon Zon Zon ④ Zod Z0o2 Zool (a) STE A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 10
STE_A.J.YUE 西安电子科技大学通信工程学院 10 平行耦合线定向耦合器的组合 单节平行线定向耦合器只适用窄带弱耦合，难以实现强 耦合，若要求强耦合或宽带耦合时，可将多个单节平行 线耦合器进行串接或级联组合