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1、 定向耦合器研究一、实验目的和要求 本实验要求学会测量定向耦合器的主要参数：分贝耦合度C,定向性D和输入驻波比.同时从理论上了解几种实际的定向性概念，以及与定向性有关的一些因素。二、实验原理 1， 定向耦合器的主要参数 图221表示一波导定向耦合器。它共有四个端口。1一2代表主波导通道，3一4代表副波导通道。定向耦合器的主要特性表现在从1端口输入的主波导功率除直接由2端口输出，还可以通过孔耦台由3端口输出。由于高定向性，4端口几乎没有功率输出。同样，如果由2端口输入则可耦合至4端口，但几乎与3端口隔离。常用的定向耦合器一般在4端口接有良好匹配的负载l，于是真正对外工作的端口便只有三个。如果在端
2、口1输入时，这时称定向耦合器为正向运用；反之，若端口2输入时，则称之为反向运用。 定向耦合器的基本参数有三个：分贝耦合度C,定向性D和输入驻波比p。这三个参数都有一定的频带指标。 （1）分贝耦合度C 定义在各端口匹配情况下，端口1的输入功率P1和端口3的耦合功率P3之比再取101og即请注意这里定义的分贝耦合度大于odB,数字愈大则意味着耦合愈松，即进入端口3的功率愈少。实用中，最紧的耦合为3dB，否则只需要将主波导输出臂作耦合臂即可。 （2）定向性D 在一般文献中，对定向性的定义论述得不够严谨、深入。本讲义将提出三种不同的定向往定义，供实用时参考。 第一种，称为理论定向性定义Dr它定义为在各
3、端口均接匹配负载时，端口1输入功率情况下，端口3的耦合功率P3与端口4的耦合功率P4之比，再取101og。即在理想定向耦合器中，定向性应为无穷大。我们注意到对于实际的定向耦合器，由于端日4接有负载，因此（22一2）式定义的定向性往往无法加以实测。为了解决这一矛盾，我们引出另一种定向性定义。 第二种，称为测量定向性定义Dm 它定义为：在各端口匹配情况下，端口1输入时，端口3的耦合功率 和端口2输入时端口3的耦合功率 之比，再取10log, 即 具体参见图22-2。很显然，测量定向性Dm定义是在端口4所接负载 0，即全匹配情况下取得的.大家知道，实际上任何定向耦合器不管其做得如何理想，其端口4的负
4、载 不可能为零。所以又引出另一种定向性定义。 第三种，称为实际器件的定向性. 它定义为在定向耦合器端口4接有 情况下，器件对外显示为三端口网络。这个三端口网络的 模之比，再取201og，即需要特别注意的（22一4）式不计（22一3）式尽管形式相同，但含义却是根本不同的。（22一4）式的参数是有耗三端口网络的散射参数，而（22一3）式则是无耗四端口网络的散射参数。导出了Dp的关系为：式中 如果网络的端口1和端口2互相对称；端口3和端口4互相对称，则存在对称算子根据对称算子【F】的性质，有 可知 在这一条件下,（22一2）式和（22一0）式完全相等。也就是说：在对称定向耦合器条件下，理论定向性Dr
5、和测量定向性Dm相等。 至于Dm和Dp的关系则更为明显：在端口4所接负载 0的条件下Dm和Dr相同。很自然还能进一步推论：若对称定向耦合器在端口4所接负载 0，则理论定向性Dr和实际器件定向性相同。 实用上，由于端口3一般为弯口波导，且 0，所以Dr、Dm、Dp，三者是不同的。而要衡量定向耦合器性能的，恰好就是实际器件的定向性Dp，这正是我们所要测量的 （3）输入驻波比p它定义在各端口匹配条件下，输入端口1的驻波比p为输入驻波比，见图22-3所示。显然有实际上，由于 0，所以严格说来（22一9）式中的是端口4接了 的有耗三端口网络的 ，它与原四端口网络 S 参数的关系已由附录4-1给出由于 是
6、原四端口网络的 ，显见两者在 0情况下不相等，但实际上由于隔离度较大，即上式中 0，因此2，测量基本原理（1）分贝耦合度C的测量分贝耪合度C的测量系统见图224所示。采用衰减法可知 CA1A2 (22-12)我们注意到，在一般情况下，端接负载不完全匹配对分贝耦合度C的测量影响很小。有些文献喜欢用电压耦合系数 ，它们之间关系是（2）实际器件定向性Dp的测量图22-5表示实际器件定向性的测试系统。与分贝耦合度不同，这里主波导终端所接的是滑动匹配负载。在正向运用时，滑动匹配负载对P0毫无影响；而在反向运用时，滑运匹配负载的不同位置，对P0影响很大，为了保持P0不变，即衰减器可能在某一范围内变化，从 变化到 。显然这时所测的，定向性Dp也有一个范围，即 (3) 输入驻波比的测量 输入驻波比 ，采用下图测试系统。当 很小时，也可采用滑动负载法 三， 实验线路和仪器 四、实验步骤 本实验主要测定定向耦合器三个参数：分贝耦合度C，实际器件定向性Dp和输入驻波比。 1. 连接好微波系统，调谐探针，调配信号源 ，测定电源工作频率f。 2调配功率计，使等效 尽量小。 3，按图22一4系统测定分贝耦合度C。 C 4按图22一5的系统测定实际器件的定向性Dp。根据|Dp|和| | 大小判别进行计算。在我们的情况下按 5按图228系统测定输入驻波比 。
