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1、4.4 定向耦合器 定向耦合器是一种具有定向传输特性的四 端口元件, 它是由耦合装置联系在一起的 两对传输系统构成的, 它是微波功率分配 器件的一种。 本节主要介绍定向耦合器的性能指标, 而 后简单介绍波导双孔定向耦合器、双分支 定向耦合器和平行耦合微带定向耦合器。 一 结构原理 图中“、 ”是一条传输系统, 称为主 线；“、”为另一条传输系统, 称为副 线。 耦合装置的耦合方式有许多种, 一般有孔、 分支线、耦合线等, 形成不同的定向耦合器 。 定向耦合器是四端口网络, 端口“”为输 入端, 端口“”为直通输出端, 端口 “”为耦合输出端, 端口“”为隔离端 。 定向耦合器的原理图 二 性能
2、指标 描述定向耦合器的性能指标有: 耦合度、 隔离度、 定向度、输入驻波比和工作带宽 。 1耦合度 输入端“”的输入功率P1和耦合输 出端“”的输出功率P3之比定义为耦合 度, 记作C。 2 隔离度 输入端“”的输入功率P1和隔离端 “”的输出功率P4之比定义为隔离度, 记作I。 3 定向度 耦合端“”的输出功率P3与隔离 端“”的输出功率P4之比定义为定向度 ，记作D。 4 输入驻波比 端口“、 、 ”都接匹配负载时 的输入端口“”的驻波比定义为输入驻 波比，记作。 5工作带宽 工作带宽是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 等参数均满足要求时的工作频 率范围。 三 各种耦合器件 图4-19中
3、依序为波导窄壁孔耦合定向耦合 器、正交波导宽壁十字孔耦合定向耦合器 、耦合带状线定向耦合器及微带线分支定 向耦合器。 四 波导窄壁双孔耦合定向耦合器 波导窄壁双孔定向耦合器是最简单的波导 定向耦合器, 主、副波导通过其公共窄壁上两个相距 l=(2n+1)/4 的小孔实现耦合。 1工作原理简析 输入波行进至耦合孔a、b时，电磁能 通过小孔耦合至副波导。 小孔耦合 电磁能通过小孔耦合、激励的问题，要用小孔 绕射理论来分析，这是微波经典理论中的重要 内容之一，严格求解存在数学上的困难。 对于尺寸远小于工作波长的小孔，可看作是小 孔位置处辐射电偶极子与磁偶极子的组合，而 其偶极矩则分别与入射波在小孔位
4、置处的法向 电场与切向磁场成正比。 这样可以用一耦合系数来表示小孔的耦合强度 。 副波导中的耦合波 端口输入波行进至小孔a处，耦合至副波导中的 波以 表示向端口传输的部分，以 表示向端口 传输的部分， 为耦合系数。输入波行进至小孔b处 依然向副波导耦合，分为向端口的 和向端口 的 两部分。假定输入波经过小孔a、b后幅值不变 （弱耦合）。 2 性能指标 理想条件下的性能指标 耦合端的输出是两小孔耦合波的同相叠加，而隔 离端则是两小孔耦合波的反相叠加而抵消。 这种利用波长关系的定向耦合器的工作频带是较 窄的，因为两小孔间距偏离上述条件时，隔离端 来自两小孔的耦合波不再是反相位叠加，隔离端 会有输出
5、。 3 应用 在实际使用中，定向耦合器的隔离端口 都要接有匹配负载，用以吸收传输来的（ 漏泄）信号功率，以免产生反射而影响其 它端口的信号功率分配，而破坏定向耦合 器的工作性能。 为了增加定向耦合器的耦合度，拓宽工作 频带, 可采用多孔定向耦合器。 多孔定向耦合器原理 多个耦合小孔将会在副波导中激励出多个 向隔离端传输的有不同相位差的波，它们 可在多个频率上叠加抵消（这里所说抵消 只能说是减弱，而一般不可能为零），这 样隔离端的输出功率虽然不为零，但可在 一较宽的频率范围内为很小值，从而实现 了带宽展宽。 多孔定向耦合器设计 多孔耦合定向耦合器，可作成耦合小孔孔径相同 孔距相等，也可作成孔径不同孔距相等。孔径不 同则耦合系数不同，可使它们比例于二项式展开 式中的系数，或比例于切比雪夫多项式等。这种 以元件要素拟合确知函数（曲线）的方法，在电 子信息技术中屡有运用，如多阶梯阻抗变换器、 滤波器设计中寻求所需要的频率特性，天线陈列 设计中为获得所希望的方向性等，读者可根据需 要参阅相关专著。
