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1、I摘要摘要定向耦合器在射频电路中有着重要作用，既可作分支器件及功率检测部件，又可作为放大器的反馈元件。本文在介绍了课题背景的基础上，首先简要阐述了定向耦合器的基本原理、种类以及相关应用。接着又具体介绍了几种定向耦合器的原理，包括波导双孔、双分支、平行耦合微带和隔离器。最后放眼国内外的研究现状，从而对本课题的方向有了较好的把握。电路的设计部分是实物制作的基础，设计电路时首先要对多个电路方案进行对比分析，找出实际最容易制作而性能最佳的方案，最终我们选择了集中参数形式的并联耦合电路。其次要注意材料的选取，在第三章中我们着重讨论了磁芯的种类、作用和特性参数，从理论上分析了各种磁芯可能对耦合器产生的影响
2、。在实物制作阶段，我们分别选取了大小磁环来制作多个耦合器，并利用网分测量每一个的耦合度和隔离度，经过多次调试选出其中性能最好的。然后用这个达到要求指标的定向耦合器进行功率测试，最后对数据进行分析得出结论。关键词：关键词：定向耦合器 原理 电路 磁芯 功率测试IIAbstractDirectional coupler in the RF circuit has an important role, both as a branch of the device and the power detection unit, but also as an amplifier of the feedbac
3、k element.This paper introduces the topic on the basis of background, briefly describes the basic principles of the directional coupler, types, and related applications. Then he describes several specific principle of the directional coupler, including waveguide holes, two branches in parallel coupl
4、ed microstrip and isolators. Finally Looking research status, and thus the direction of this project have a better grasp.Circuit design part is the basis of physical production, first when designing circuits for multiple circuit schemes were analyzed to identify the most easy to make and the actual
5、performance of the best solution we ultimately chose lumped parameter circuit coupled in parallel form. Second, we must pay attention to the selection of materials, in the third chapter, we focused on the core types, functions and parameters, from the theoretical analysis of various cores may impact
6、 on the coupler.In-kind production stage, we were selected to produce a plurality of ring size coupler, and use a network of measuring the degree of coupling each and isolation, after several debugging elect one of the best performance. And then use this to achieve the required targets directional c
7、oupler for power testing, the final conclusions drawn from the analysis of the data.Keywords: directional couplers principle circuit core power testIII目录目录摘要摘要.IAbstractAbstract.II1 1 绪论绪论 .11.1 课题背景和研究意义.11.2 定向耦合器的种类和应用.11.3 几种定向耦合器的实现方式.31.4 研究现状.72 2 方案选择方案选择 .82.1 定向耦合器的原理.82.2 耦合方式.112.3 匝数的选择
8、.132.4 磁环大小的影响.183 3 传输线变压器传输线变压器 .183.1 传输线变压器的构成.183.2 磁芯.194 4 定向耦合器的制作与功率特性的测量定向耦合器的制作与功率特性的测量 .244.1 定向耦合器的制作.244.2 大功率特性的测量.255.5.结论与总结结论与总结.28致谢致谢.30参考文献参考文献.3111 1 绪论绪论1.11.1 课题背景和研究意义课题背景和研究意义定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的定向耦合器比例进行功率分配。 定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线都可构成定向耦合器，所以从结构
9、来看定向耦合器种类繁多，差异很大。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双 T。图图 1-11-1 双定向耦合器示意图定向耦合器在 20 世纪 50 年代初以前，几乎所有的微波设备都采用金属波导和同轴线电路，那个时候的定向耦合器也多为波导小孔耦合定向耦合器1，其理论依据是 Bethe 小孔耦合理论，Cohn 和 Levy 等人也做了很多贡献。随着航空和航天技术的发展，要求微波电路和系统做到小型化、轻量化和性能可靠，于是出现了带状线和微带线。随后由于微波电路与系统的需要有相继出现了鳍线、槽线、共面波导和共面带状线等微波集成传输线。这样就出现了各种传输线定向耦合器
10、。 第一个真正意义上的定向耦合器由 H. A. Wheeler 在 1944 年设计实现，Wheeler 使用了一对长为四分之一中心频率波长的圆柱来实现电场与磁场的能量相互耦合，遗憾的是这种方法只能实现一个倍频程的带宽。1.21.2 定向耦合器的种类和应用定向耦合器的种类和应用1.2.11.2.1 定向耦合器的种类定向耦合器的种类（1）按传输线的类型来分类：波导型、同轴线型、带状与微带线型等。（2）按耦合方式分类：分支线耦合、平行线耦合、小孔耦合等。（3）按耦合输出的相位分类：90定向耦合器、180定向耦合器等。（4）按耦合输出的方向分类：同相定向耦合器与反向定向耦合器等。21.2.21.2.
11、2 应用应用（1）利用定向耦合器可以获得一部分能量，可用于监测功率、频率和频谱。在雷达系统里的应用，有线电视系统里的应用，基站系统里的应用等等。（2）利用定向耦合器组成反射计，可测量插入衰减、回波损耗、驻波比等。（3）在移动通信系统里，尤其是室内分布系统，采用大量的定向耦合器，实现系统信号覆盖。（4）在微波测量功率时，利用定向耦合器扩大测量功率范围，作用类似于衰减器。定向耦合器的应用实例：图图 1-21-2 测量负载的端口驻波比图图 1-31-3 测量功分器各个的端口驻波比频频谱谱分分析析仪仪微微波波信信号号源源负负载载定定向向耦耦合合器器频频谱谱分分析析仪仪微微波波信信号号源源负负载载 定定
12、向向耦耦合合器器功功 分分 器器123负负载载微微波波信信号号源源频频谱谱分分析析仪仪定定向向耦耦合合器器2#标标准准负负载载标标准准负负载载定定向向耦耦合合器器1#被被测测3图图 1-41-4 测量耦合器各个的端口驻波比1.31.3 几种定向耦合器的实现方式几种定向耦合器的实现方式耦合器耦合器- -波导双孔定向耦合器波导双孔定向耦合器波导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 d=（2n+1）g0/4 的小孔实现耦合其中，g0 是中心频率所对应的波导波长，n 为正整数，一般取 n=0。耦合孔一般是圆形，也可以是其它形状。当工作在中心频率时，d=/2，此时
13、D; 当偏离中心频率时，secd 具有一定的数值，此时 D 不再为无穷大。实际上双孔耦合器即使在中心频率上，其定向性也不是无穷大，而只能在 30dB 左右。总之，波导双孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而实现主波导的定向输出，在耦合口上同相叠加，在隔离口上反相抵消。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。耦合器耦合器- -双分支定向耦合器双分支定向耦合器双分支定向耦合器由主线、副线和两条分支线组成, 其中分支线的长度和间距均为中心波长的 1/4。 设主线入口线“”的特性阻抗为, 主线出口线“”的特性阻抗为(k 为阻抗变换比), 副线隔离端“”的特性阻抗为, 副线耦合端“”的特性阻抗为, 平行连接线的特性阻抗为 Z0p, 两个分支线特性阻抗分别为和。下面来讨论双分支定向耦合器的工作原理。 假设输入电压信号从端口“”经 A 点输入, 则到达 D 点的信号有两路, 一路是由分支线直
