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1、2019/10/22,1,定向耦合器,李秀萍 北京邮电大学,2019/10/22,2,Outline,基本特性 四端口网络 定向耦合器参量 正交混合网络 耦合线耦合器的设计与分析,2019/10/22,3,四端口网络（定向耦合器）,所有端口都匹配的互易四端口网络的 矩阵形式,利用幺正性和能量守恒条件：让矩阵中的第1行和第2行相乘，第4行和第3行相乘：,同理可得： (1,3 和2,4),满足条件的一种途径是：,定向耦合器,2019/10/22,4,四端口网络（定向耦合器）,根据幺正矩阵可以得到：,令：,和 是实数， 和 是待定的相位常数,又由于：,（忽略 的整数倍）,对称耦合器，反对称耦合器,2
2、019/10/22,5,对称耦合器,选择有振幅 的那些项的相位相等。,则:,正交混合网络，当在端口1馈入时在端口2和端口3之间有 相移。是一个对称的耦合器。其 矩阵有下列形式：,2019/10/22,6,反对称耦合器,选择有振幅 的那些项的相位相差 。,则：,魔T混合网络或环形波导（rat-race）混合网络，当在端口4馈入时，端口2和端口3之间有 相差，是一个反对称耦合器的实例。其 矩阵有下列形式。,2019/10/22,7,对称和反对称耦合器,注意：这两个耦合器的差别只是在参考平面的选择上。 和 不是独立的，有 除了相位参考点以为，一个理想的定向耦合器只有一个自由度。,2019/10/22
3、,8,四端口网络（定向耦合器）,满足条件另一种途径是，假定 和 若选择相位参考点，使 则：,解一：,（定向耦合器的解相同）,解二：,（去耦二端口）,结论：任何互易、无耗、匹配的四端口网络是一个定向耦合器。,2019/10/22,9,四端口网络（定向耦合器）,基本运作图示：,图4 定向耦合器的两种常用表示符号和常规功率流向,2019/10/22,10,定向耦合器的表征,2019/10/22,11,定向耦合器的表征,耦合因数代表耦合到输出端口的功率与输入功率的比值。方向性如同隔离度一样，是耦合器隔离前向波和方向波能力的度量。 表征量的关系：,理想的耦合器有无限大的方向性和隔离度 ，因而 和 可根据
4、耦合 因数C确定。,定向耦合器的特殊情况，耦合因数为3dB，则,正交混合网络,2019/10/22,12,2019/10/22,13,耦合线耦合器,关注端口相位,奇偶模分析与线的 输入阻抗结合。,2019/10/22,14,偶模激励,2019/10/22,15,奇模激励,1端口的输入阻抗：,2019/10/22,16,2019/10/22,17,若令,端口1 的电压V1=V0 端口2的电压,2019/10/22,18,定义电压耦合系数k,同理可得V3和V4,2019/10/22,19,奇偶模分析的单模等效电路,偶模：V0；奇模V0,2019/10/22,20,耦合器在端口A处的输入阻抗,201
5、9/10/22,21,偶模求解,A 处输入阻抗,A 处反射系数,2019/10/22,22,偶模求解,2019/10/22,23,奇模求解,2019/10/22,24,奇模求解,2019/10/22,25,端口A处的输入阻抗,若令,可得,2019/10/22,26,端口1处总反射电压,端口2处偶奇模电压反相,2019/10/22,27,时,偶模分子 为0，耦合器输入端口1在任何频率下都与Z0匹配,2019/10/22,28,当耦合长度为900，化简为,2019/10/22,29,定义电压耦合系数k,以分贝表示的耦合为,2019/10/22,30,如果要设计50、3dB的耦合器(=900),是端
6、口1处的资用功率,2019/10/22,31,考虑 得到奇偶模的特性阻抗ZOE=120.19，ZOO=20.8 ,2019/10/22,32,耦合器中V3和V4的计算,2019/10/22,33,用于计算V3和V4的等效电路,2019/10/22,34,对于偶模，ABCD级联矩阵表示为：,2019/10/22,35,输出电压： 端口3和4的输出电压为：,2019/10/22,36,V3,对于有限的Z0，ZOE，ZOO，当为任意值时，分母DB非0,把 代入表达式中， 即V3始终为0,为0,2019/10/22,37,V4,代入,耦合长度900 ， 为入射功率的一半,2019/10/22,38,当耦合线长度为900的奇数倍时，耦合性能最大，3dB空气介质耦合器,2019/10/22,39,中心频率耦合系数2.7dB,k=0.724,得 ZOE125 ZOO20 采用过耦合,2019/10/22,40,耦合线耦合器性能,均匀TEM传输线 假定偶模和奇模有同样的传播速度， 耦合器在所有频率点上都匹配（V1V0） 耦合器在所有频率点上其方向性为无穷大（V20） 直通电压（V4）和耦合电压（V2）在所有频率点上900反相 耦合输出电压与输入电压幅度比为,
