深入讨论定向耦合器的方向性
深入讨论定向耦合器的方向性
－ 方向性对功率、驻波比和回波损耗测量的影响
方向性在决定射频功率、电压驻波比和回波损耗测量精度方面扮演着重要的 角色。由于方向性产生的误差可能会严重影响基于测试结果所得出的结论。 本文就方向性的问题进行了深入的探讨。
BXT? Technologies zh@https://www.wendangku.net/doc/de4607922.html,
Application Note
AN-0802
深入讨论定向耦合器的方向性
前言：
在通过式功率测量中，定向耦合器的方向性在 决定射频功率、驻波比和回波损耗测量精度方面扮 演着重要的角色。由方向性产生的误差可能会严重 影响基于测试结果所得出的结论，本文就方向性的 问题进行了深入的探讨。 图 1 是一个用通过式功率计在线测量发射系统 的例子，表 1 则阐述了方向性对测量精度的影响。
图 1 驻波比的测量精度取决于功率计的方向性
表 1 定向耦合器方向性对测量精度的影响 项目 功率计的方向性
实际天线 VSWR VSWR 测量范围 VSWR 测量误差 实际发射机正向功率 正向功率测量范围 正向功率测量误差 实际天线反射功率 反射功率测量范围 反射功率测量误差
指标 25dB
1.50（回波损耗-14dB） 1.33 至 1.69 (回波损耗-16.9 至-11.8 dB) -0.17 至+0.19 (回波损耗-2.9 至+2.2 dB) 20.0 W 19.54 至 20.45 W -2.3% 至+2.25% W 0.8 W 0.41 至 1.31 W -48.3%至+64.1% W
40dB
1.50(回波损耗-14dB) 1.47 至 1.53(回波损耗-14.4 至-13.5 dB) -0.03 至+0.03(回波损耗-0.4 至+0.5 dB) 20.0 W 19.92 至 20.08 W -0.4% 至+0.4% W 0.8 W 0.72 至 0.88W -9.8%至+10.3% W
表 1 表明， 方向性为 25dB 的功率计或天线监 测仪的测量误差要比方向性为 40dB 时大得多， 这 种误差将影响判断天线是否符合指标， 同时也会在 监测天线时造成误报警。由于 VSWR 的测量误差 是正负偏差，所以可能在一切正常的情况下报警， 或者更糟糕的是在有问题的时候不报警！ 下面将会 讨论到具体的计算步骤， 用比较直接的形式得到这 些数据。 为了方便起见， 在本文的附录中附上了方 向性表，表中列出了给定 VSWR 及回波损耗对应 的误差范围。
1.
方向性 方向性是定向耦合器在一个发射系统中辨别
入射波和反射波的能力的一个度量标准或品质因 素。 定向耦合器的方向性取决于耦合电路中的电场 分量和磁场分量。 当这两个源产生的分量被平衡时 方向性是最佳的。 电、 磁场分量的值则取决于耦合 板上的耦合电容和电感。 2. 回顾定向耦合器 定向耦合器是一种无源器件， 用于传输线上功 率的取样， 并且能够辨别入射波和反射波。 定向耦
2 / 10
?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
合器可以测量正向和反射功率及驻波比和回波损 耗。定向耦合器也是功率计、天线监测仪、天线分 析仪和网络分析仪的关键组成部分。 在图 1 和 2 中，双定向耦合器的端口 1 和端 口 2 组成了一对主端口，分别用于接收来自发射 机的入射功率和天线的反射功率；而端口 3 和端 口 4 则对应的组成一对耦合输出端口，分别耦合 出一小部分入射功率和反射功率。 当来自发射机的 会在正向耦合端 （端 入射功率 Pi 从端口 1 输入时， 口 3）产生一个对应的功率取样信号 P3，其幅度 大小为入射功率减去耦合度 C。 当来自天线的反射 功率 Pr 从端口 2 输入时，对应的反射功率取样 P4 也将由反射耦合端（端口 4）产生。耦合功率计算 的基本公式如下：
3.
方向性的测量 在实际的定向耦合器中， 各端口之间理想的隔
离是不存在的。 隔离度与耦合度的差值定义为耦合 器的方向性。 矢量网络分析仪可测出隔离度和耦合 度从而得出方向性，如图 2 所示。
图 2 用网络分析仪测量定向耦合器的方向性
在图2中，在端口2接一个匹配良好的负载， 网络分析仪在端口1加入激励然后在端口4测量输 (1) 出， 从而得到隔离度。 然后将耦合器倒转过来测耦 合度，在端口1接负载，在端口2加一激励然后在 端口4测量输出，从而得到耦合度。
P3 (W ) =
或
10 (C 10 )
Pi
P4 (W ) =
10 (C 10 )
Pr
在双定向耦合器中，端口2到端口4的耦合度 (2) 与端口1到端口3的耦合度相同。同时，端口1到端 口4的隔离度与端口2到端口3的隔离度相同。得知 了隔离度与耦合度，可以计算方向性为：
在图 1 中，假设发射机的输出功率 Pi（即定 向耦合器的入射功率）为 20W，来自天线的反射 功率 Pr 为 0.8W，定向耦合器的耦合度为 30 dB， 则：
D ( dB ) = I ( dB ) ? C (dB )
(3)
其中， 为方向性， 为隔离度， 为耦合度。 D I C
P3 = P4 =
20 10 (30 10 )
比如，测出隔离度为 55dB，耦合度为 30dB，则
= 0.02W = 20mW
定向耦合器的方向性为 55dB-30dB = 25dB。 4. 方向性误差 由于定向耦合器的隔离度不会是无限大， 所以 端口 1 的输入功率输入会在端口 4 产生功率输出， 你可以把这想象成部分输入功率不经意地 “漏” 到 端口 4。泄漏功率等于输入功率减去隔离度。相似 地， 端口 2 的输入功率也会有一部分出现在端口 3。 可见，有限的隔离度是造成方向性误差的根源。 这就产生了一个有趣的现象， 即每个耦合端含
0 .8 = 0.0008W = 0.8mW 10 (30 10 )
因此，端口 1 的 20W 输入将在入射耦合端口 （3 端）产生一个 20mW 的输出。与此同时，主 反射端口（2 端）0.8W 的输入将在反射耦合端口 （4 端）产生 0.8mW 的取样。注意，这些数据是 基于假定反射耦合端口与主入射端口完全隔离， 同 时入射耦合端口与主反射端口理想隔离的情况的。
3 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
有两个输出，这两个输出分别来自两个主端口 1 和 2。端口 4 产生的输出来自于端口 2（减去耦合 度）和端口 1（减去隔离度） 。同样，端口 3 输出 的功率来自于端口 1（减去耦合度）和端口 2（减 去隔离度）。 功率计测量主线的入射功率是通过获取定向 耦合器正向耦合端 （端口 3） 的输出再加上耦合度， 而实际上端口 3 的功率中还包含来自端口 2 的泄 漏功率，即
V = 0.8 × 50 = 6.3V
当电压要矢量相加时， 电压可以被看作是有幅 度和相位的矢量。 由于电压的相位是未知的， 故需 要考虑极端情况（电压同相或反相） 。两个电压反 相时所得电压最小； 当它们同相时， 得到最大电压。
Vmin = V A ? VB
Vmax = V A + VB
（6）
Pi 10
(C 10 ) 和
10
r [(C + D ) 10 ] 的叠加；同样，
P
（7）
功率计测量主线的反射功率是通过获取定向耦合 器反射耦合端（端口 4）的输出再加上耦合度，而 实际上端口 4 的功率中还包含有来自端口 1 的泄 漏功率，即
其中 VA 和 VB 为二个将要叠加的矢量电压， Vmin 和 Vmax 为叠加后的最小和最大电压。 图 3 例举了 6.3V 和 2V 电压合并的结果。
Pr 10
(C 10 ) 和
10
i [(C + D ) 10 ] 的叠加。无论是
P
Vmin = 6.3 ? 2 = 4.3V , Vmax = 6.3 + 2 = 8.3V
入射功率还是反射功率， 功率计测到的都是入射和 反射的混合功率， 这就从本质上将入射和反射功率 混淆在一起了。当方向性 D 为无穷大时，就出现 了式（1）和（2）的特例。 5. 功率和电压 由于上述的耦合功率和方向性功率并不是简 单的相加， 而是矢量叠加， 所以首先要把功率换算 成电压。其次，将两个电压矢量相加，得出最小电 压和最大电压。 得出的电压再被转换为最小和最大 功率。 这些最小与最大电压决定了方向性误差范围。 正向 （入射） 和反射功率都可以这样与方向性功率 相加。我们知道，功率、电压和阻抗的关系如下：
图 3 电压的矢量叠加
一旦确定了电压的最小值与最大值， 就可以将 它们转回成功率值。 正向功率及反射功率则可以用 来计算 VSWR 和回波损耗的最小值与最大值。 6. 电压驻波比和回波损耗 电压驻波比（VSWR）和回波损耗（RL）都 （P 相关的比率， 是与入射功率 i） （P 与反射功率 r） Г（反射系数）也是一个和入射、反射功率有关的 比率，用于计算 VSWR。这几个参数的换算关系 如下。
4 / 10
P=
V Z
2
（4）
V = P×Z
（5）
其中 P 为功率（W），V 为电压（V），Z 为 阻抗 （?） 例如， 50Ω的系统中， 。 在 功率为 0.8W 时，对应的电压为：
?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
Γ=
Pr Pi
1+ Γ 1? Γ
在本文开头的图 1 和表 1 中，一个连接到天 （8） 线上的 20 W 发射机的电压驻波比为 1.5（-14 dB 回波损耗），用一个方向性为 25dB 的功率计或天 （9） 线监测仪来测量功率、 电压驻波比和回波损耗， 假 定所有设备的阻抗都是 50Ω，那由方向性产生的 误差是多少？ （10） 步骤一、反射功率误差计算 首先计算与反射功率测量相关的方向性误差。 方向性对于反射功率的测量有很大影响。 因为反射 功率与入射功率相比要小得多， 只要入射功率有少 量的“泄漏” ，就会使反射功率测量产生很大的误 差。 1） 列出已知值 功率计或天线监测仪的方向性指标： D = 25dB 天线的电压驻波比指标： VSWR = 1.50 （-14 dB 回波损耗） 发射机的正向功率： Pi = 20W 系统阻抗： Z = 50Ω 2） 方向性反射功率 Pdr 方向性功率比： rD = 10
( D 10 )
VSWR =
P RL(dB ) = 10 lg r Pi
例如，当反射功率为0.8W，入射功率为20W 时， Γ =
0.8 1 + 0 .2 = 0.2 ， VSWR = = 1 .5 ， 20 1 ? 0 .2
0 .8 = ?14dB 。 20
RL = 10 lg
在电压驻波比 （或回波损耗） 和正向功率已知 的情况下就能计算出反射功率。
? VSWR ? 1 ? Pr = Pi × ? ? ? VSWR + 1 ?
Pr = Pi × 10
( RL 10 )
2
例如，当 VSWR 为 1.5（-14 dB 回波损耗） ， Pi 为 20W 时，
? 1.5 ? 1 ? Pr = 20 × ? ? = 0.8W ? 1 .5 + 1 ?
2
= 10 (25 10 ) = 316
Pr = 20 × 10 (?14 10 ) = 0.8W
附录中附有电压驻波比和回波损耗表以供参 考。 7. 方向性误差的计算 说到现在， 我们知道了定向耦合器有限的方向 性将会导致测量误差。 因此， 功率计和天线监测仪 等设备中的定向耦合器测出的功率、 电压驻波比和 回波损耗存在有一定的不确定度。 下面的计算步骤 一步步地将这些方向性误差进行量化。
方向性反射功率： Pdr =
Pi 20W = = 63.3mW rD 316
3） 方向性反射电压VBr 方向性反射电压：
VBr = Pdr × Z = 63.3mW × 50 = 1.78V
4） 反射功率Pr 反射功率：
? 1 .5 ? 1 ? ? VSWR ? 1 ? Pr = Pi × ? ? = 20 × ? ? = 0.8W ? VSWR + 1 ? ? 1 .5 + 1 ?
2 2
5 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
5） 反射电压VA 反射电压： V Ar =
9） 列出已知值
Pr × Z = 0.8 × 50 = 6.3V
功率计或天线监测仪的方向性指标： D = 25dB 天线的电压驻波比指标： VSWR = 1.50 （-14 dB
6） 反射电压的最大最小值 最小反射电压值：
回波损耗） 发射机的正向功率： Pi = 20W 天线的反射功率： Pr = 0.8W 系统阻抗： Z = 50Ω 10） 方向性正向功率
?D? ? ? ? 10 ?
Vr min = V Ar ? VBr = 6.3 ? 1.78 = 4.52V （当方向
性反射电压大于或等于反射电压时， 最小反射电压 为零。 ） 最大反射电压值：
Vr max = V Ar + VBr = 6.3 + 1.78 = 8.08V
7） 反射功率的最大最小值 最小反射功率值：
方向性功率比： rD = 10 方向性正向功率： Pdi =
= 10
? 25 ? ? ? ? 10 ?
= 316
Pr min =
Vr2min 4.52 2 = = 0.41W Z 50
Pr 0.8W = = 2.53mW rD 316
11）
方向性正向电压VBi
最大反射功率值：
方向性正向电压：
2
Pr max =
V
2 r max
Z
=
8.08 = 1.31W 50
VBi = Pdi × Z = 2.53mW × 50 = 0.36V
12） 正向电压VAi
8） 反射功率的最大最小误差 最小反射功率误差
正向电压： V Ai =
Pi × Z = 20 × 50 = 31.62V
?P ? ? 0.41 ? 正向电压的最大最小值 ? 1? × 100% = ?48.8% 13） E r min = ? r min ? 1? × 100% = ? ? P ? ? 0.8 ? ? r ? 最小正向电压值： 最大反射功率误差： E r max ?P ? ? 1.31 ? = ? r max ? 1? × 100% = ? ? 1? × 100% = +63.8% ? P ? ? ? 0.8 ? r ?
Vi min = V Ai ? VBi = 31.62 ? 0.36 = 31.26V
最大正向电压值：
步骤二、正向功率误差计算 接下来计算入射功率的方向性误差。 方向性对 正向功率的测量影响较小， 因为入射功率比反射功 率大得多。但是，反射功率的“泄漏”（就是方向 性正向功率） 仍会导致的正向功率测量的少量误差。 误差影响重大与否取决于实际应用。
Vi max = V Ai + VBi = 31.62 + 0.36 = 31.98V
14） 正向功率的最大最小值
最小正向功率值：
6 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
Pi min =
Vi 2 31.26 2 min = = 19.54W Z 50
系统阻抗： Z = 50Ω 17） 电压驻波比的最大最小值
最大正向功率值：
实际反射系数： Γ =
Pi max
15）
Vi 2 31.98 2 max = = = 20.45W Z 50
Pr 0.8 = = 0.2 20 Pi
实际电压驻波比：
正向功率的最大最小误差
VSWR =
最小正向功率误差：
Ei min ?P ? ? 19.54 ? = ? i min ? 1? × 100% = ? ? 1? × 100% = ?2.3% ? P ? ? 20 ? ? r ?
1 + Γ 1 + 0 .2 = = 1.50 1 ? Γ 1 ? 0 .2
最小反射系数：
最大正向功率误差：
? ?P ? 20.45 ? Ei max = ? i max ? 1? × 100% = ? ? 1? × 100% = +2.25% ? ? P ? 20 ? ? ? i
Γmin =
Pr min 0.41 = = 0.143 20 Pi
最小电压驻波比：
步骤三、电压驻波比和回波损耗误差计算 最后计算与电压驻波比和回波损耗相关的方 向性误差。 方向性对正向和反向功率均有影响， 故 对电压驻波比和回波损耗也有影响。 16） 列出已知值
VSWR min =
1 + Γmin 1 + 0.143 = 1.33 = 1 ? Γmin 1 ? 0.143
最大反射系数：
Γmax =
功率计或天线监测仪的方向性指标： D = 25dB 天线的电压驻波比指标： VSWR = 1.50 （-14 dB 回波损耗） 发射机的最小正向功率： Pi min = 19.54W 18） 发射机的实际正向功率： Pi = 20W 发射机的最大正向功率： Pi max = 20.45W 天线的最小反射功率： Pr min = 0.41W 天线的实际功率： Pr = 0.8W 天线的最大反射功率： Pr max = 1.31W
Pr max 1.31 = = 0.256 20 Pi
最大电压驻波比：
VSWR max =
1 + Γmax 1 + 0.256 = 1.69 = 1 ? Γmax 1 ? 0.256
回波损耗的最大最小值
实际回波损耗：
RL = 10 lg
Pr 0.8 = 10 lg = ?14dB Pi 20
最小回波损耗：
RLmin = 10 lg
Pr min 0.41 = 10 lg = ?16.9dB 20 Pi min
7 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
最大回波损耗：
于正向功率的测量误差影响很小。 3) 方向性误差随着天线或负载的VSWR或回波 损耗的变化而变化， 当测试设备的方向性一定 时， 被测天线或负载的VSWR越大， 则方向性 误差越小。 4) 方向性误差与功率大小无关。例如，测量3 mW、50 W 和 1 kW的误差是一样的。 总之， 方向性对于功率、 电压驻波比 （VSWR） 和回波损耗的测量精度有着直接的影响。 知道了所 用测量仪器和设备（如定向耦合器，功率计，天线 监测仪或分析仪） 的方向性指标就可以设置正确的 预期值。 要得到最佳的测量精度， 必须采用方向性 最高的设备。
RLmax = 10 lg
8.
Pr max 1.31 = 10 lg = ?11.8dB Pi max 20
关于方向性误差的总结 总结上述 18 个步骤的计算， 就像预期的一样，
计算结果与在本节开头表 1 中列出的是一致的， 附录中的“方向性表”同样能加以验证。计算或者 看完那些图表后可以总结以下几点： 1) 随着方向性的增加（如25、30、35、40dB） ， 误差随之减少。 2) 方向性对于反射功率的测量误差影响较大， 对
8 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
方向性表
9 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
深入讨论定向耦合器的方向性
电压驻波比和回波损耗
10 / 10 ?1998-2009 BXT? Technologies
定向耦合器参数的定义
有关定向耦合器参数的定义 (2007-03-30 13:12:36) 转载 定向耦合器是一种四端口网络， 定向耦合器是无源和可逆网络。理论上，定向耦合器是无耗电路，而且其各个端口均应是匹配的。图１（ｂ）定义了定向耦合器各端口的属性。当信号从端口１输入时，大部分信号从端口２直通输出，其中一小部分信号从端口３耦合出来，端口４通常接一个匹配负载。如果要将定向耦合器反过来使用，则端口１和２，端口３和４的属性要互换定义。 定向耦合器可以由同轴、波导、微带和带状线电路构成。通常，定向耦合器用于信号取样以进行测量和监测，信号分配及合成；此外，作为网络分析仪，天线分析仪和通过式（ＴＨＲＵＬＩＮＥ）功率计等测试仪器的核心部件，定向耦合器所起的作用是正向和反射信号的取样。定向耦合器的方向性是一项至关重要的指标，尤其是作为信号合成和反射测量应用时。 ２．各项指标的定义 如图１（ｂ）所示，在理想情况下，当信号功率从端口１输入时，输出功率只应出现在端口２和端口３，而端口４是完全隔离的，没有功率输出。但是在实际情况下，总有一些功率会泄漏到端口４。设端口１的输入功率为Ｐ１，端口２，３和４的输出功率分别为Ｐ２，Ｐ３和Ｐ４，则定向耦合器的特性可以由耦合度，插入损耗，隔离度和方向性等四项指标来表征，单位均为ｄＢ。 请注意在以下的描述中，所有的指标均表示为正数，而在实际应用中，则是用负数来进行各种计算的。 耦合度： 耦合度表示从端口１输入的功率和被耦合到端口３部分的比值，表示为：耦合度（Ｃ）＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１Ｐ３） 插入损耗： 插入损耗表示从端口１到端口２的能量损耗，表示为：插入损耗（ＩＬ）＝１０×ｌｏｇ（Ｐ１Ｐ２） 请注意端口１的输入功率有一部分功率是被耦合到端口３的，所以应导入一个“耦合损耗”
定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性
定向耦合器的技术指标和理想定向耦合器特性 时间：2015-08-11 来源：天线设计网TAGS：定向耦合器耦合器无源器件定向耦合器的技术指标 定向耦合器是一种有方向性的功率耦合器件，在射频系统中有着广泛的应用，如功率监控系统、测试系统、功率分配系统等。定向[天线设计网]耦合器的种类繁多。 （1）定向耦合器是一个四端口网络，它有输入端（端口1）、直通端（端口2）、耦合端（端口3）和隔离端（端口4)。 （2）当信号从输入端输入时，除了一部分功率直接从直通端输出外，同时还有一部分功率耦合到耦合端输出，但不会从隔离端输出。 （3）如果耦合端与直通端同方向，则称为“同向定向耦合器”。反之，称为“反向定向耦合器”。 除了所有器件都有的一些指标外，如电压驻波比、工作带宽外，定向耦合器的主要技术指标有耦合度、方向性和隔离度。[天线设计网]设输入功率为 P1，直通端、耦合端和隔离端
在接匹配负载时的输出功率分别为P2， P3， P4。 耦合度C定义： 方向性D定义： 理想情况下 隔离度I定义： 理想情况下 很显然有以下关系： 实际上，[天线设计网]方向性和隔离度同属表征定向耦合器定向性能的指标，故而取其一就够了。 理想定向耦合器特性 【定理】互易、无耗、对称、完全匹配的四端口网络可以构成一个理想的90°定向耦合器。 证明：根据互易、对称、完全匹配，有
利用无耗网路S矩阵的幺正性：可得， 可见，S12、S13和S14中[天线设计网]必然有一个为零，由于端口2为直通端口，故S12不为零。 （a）设S14＝0（正向定向耦合器），则 （b）设S13＝0（反向定向耦合器），则 得证。 结论： 理想定向耦合器耦合端与直通端输出功率之和等于输入功率。
基于HFSS分支定向耦合器设计说明书
基于HFSS分支定向耦合器设计 实验报告 学院电子科学与工程学院
姓名 学号 指导教师 2016年10月27日目录 一、实验目的 (1) 二、设计任务 (1) 三、设计思路 (2) 四、注意事项 (2) 五、基于HFSS分支定向耦合器设计过程 (2) 5.1 分支定向耦合器简介 (2) 5.2 使用HFSS设计分支定向耦合器 (3) 5.2.1 分支定向耦合器的理论计算 (3) 5.2.2 HFSS设计简介 (3) 5.2.3 HFSS设计环境概述 (4) 5.3 新建HFSS工程 (4) 5.4 创建分支定向耦合器模型 (5) 5.4.1 设置默认的单位长度 (5) 5.4.2 定义变量 (5)
5.4.3 添加新材料 (6) 5.4.4 创建带状线金属层模型 (7) 5.4.5 创建带状线介质层模型 (9) 5.5 分配边界条件和激励 (10) 5.6 求解设置 (11) 5.6.1 单频求解设置 (12) 5.6.2 扫频设置 (12) 5.7 设计检查和运行仿真分析 (13) 5.8 查看仿真分析结果 (14) 5.8.1 查看S参数扫频结果 (14) 5.9 分支定向耦合器的优化分析 (15) 5.9.1 新建一个优化设计工程 (15) 5.9.2 参数化分析设置和仿真分析 (16) 5.9.3 查看参数化分析结果 (17) 5.9.4 优化设计的设置和仿真分析 (18) 5.9.5 查看优化结果 (20) 5.9.6 优化后的S参数扫频结果 (20) 5.9.7 优化后的场分布图 (21) 5.9.8 查看4GHz频点的S矩阵 (21) 六、加分项 (22) 6.1 二阶分支定向耦合器建模 (22) 6.2二阶分支定向耦合器仿真结果 (24)
定向耦合器方向性的分析
定向耦合器方向性的分析 目前公司许多产品都用到定向耦合器，但在应用过程中都需要大量调试其方向性来满足指标要求，为了减小调试时间以及调试过程中产生的一些不稳定因素，让产品在设计时就能满足指标要求或在产品中增加一些可调器件来降低调试时间和增加产品的可靠性。 一、定向耦合器为什么会有方向性 上图为一段平行耦合传输线，当传输线1-4中有交变电流i I流过时，由于2-3线与1-4线靠得很近，所以2-3线中就有耦合来的能量，这个能量可通过电场（以耦合电容表示）又通过磁耦合（以耦合电感表示）耦合过来的。通过C m的耦合在2-3线中产生的电流i c2和i c3，同时由于i I的交变磁场作用，在2-3线上有感应电流i L，根据电磁感应定律，感应电流i L的方向与i I相反。 由上图可以看到，若有能量从端口1口输入，端口2是耦合口，端口4是输出端，端口3上有电耦合电流i c3和磁耦合电流i L，这两个电流是方向相反能量相同，相互抵消了，故端口3为隔离端，也使得定向耦合器变得有方向性了。
二、如何改善耦合器的方向性 图二
图三 图一是一段耦合微带线，上面什么也没有，仿真的结果为图二，可以看出这时耦合器的方向性很差，就个2dB，但在这段耦合微带上覆盖一层与基片相同厚度的介质后，得到的仿真结果为图三，这时方向性有很大的改善，有20dB左右。这个在我们实际的设计时已经应用到了，就是在主杆旁边直接用微带线来进行耦合，在调试时去改变腔深对方向性变化很明显，这是因为耦合微带的电场分别处在空气和介质中，所以它的奇模和耦模的相速不相同的，在隔离端的信号就不能相互抵消，方向就会变差，当覆盖一层介质后，电场就只在介质中传输，奇模和耦模的相速就变得相同了，方向就会得到很大的改善。 2、旋转耦合附杆，使之与传输主杆形成一个角度，这在实际应用中很多例子，这和第一种方法是同种道理，改变奇、耦模的电角度来改变它的相速，使方向性变好。
基于ADS的定向耦合器的设计
本科毕业论文（设计、创作） 题目：基于ADS的定向耦合器的设计 学生姓名：张振华学号： 110102044 所在系院：电子电气工程学院专业：电子科学与技术 入学时间： 2011 年 9 月导师姓名：杨斌职称/学位：讲师/学士 导师所在单位：安徽三联学院 完成时间： 2015 年 6 月 安徽三联学院教务处制
基于ADS的定向耦合器的设计 摘要：在20世纪50年代初，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，其理论依据是Bethe 小孔耦合理论。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，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。定向耦合器在微波波段有着广泛的应用，其主要用途有用来监视功率、频率和频谱，把功率进行分配和合成，构成平衡混频器和测量电桥，利用定向耦合器来测量反射功率系数和功率。本设计主要利用ADS2011 软件设计微带分支定向耦合器的方法，及利用ADS设计、仿真微带分支定向耦合器，完成原理图和布局图。 关键词：定向耦合器;微带分支;ADS;微波
Design of directional coupler based on ADS Abstract: In twentieth Century the beginning of the 50's, the microwave equipment is used by almost all metal waveguide and coaxial line directional coupler circuit, at that time also many for the waveguide aperture coupling directional coupler, its theoretical basis is the Bethe aperture coupling theory. Directional coupler is a kind of microwave devices are widely used in microwave system, it is the essence of the microwave signal power distribution according to a certain proportion of the directional coupler. Directional coupler is composed of transmission lines, coaxial line, rectangular waveguide, circular waveguide, stripline and microstrip line directional coupler can be formed, so the structure of directional coupler variety, difference is very big. Directional couplers are widely applied in microwave band, its main purpose is to monitor the power, frequency and spectrum, the power distribution and synthesis, a balanced mixer and a bridge, to measure the power reflection coefficient and power by using a directional coupler. This design is mainly using the method of software design of ADS2011 microstrip branch directional coupler, and the use of ADS design, simulation of microstrip branch directional coupler, completes the schematic and layout. Keywords: directional coupler; microstrip branch; ADS; microwave
耦合器
电桥有点类似是频率合路器，同一频段内，有两进两出和两进一出之分，插损比多频合路器大点。 功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用，功分器一般有二功分、三功分和四功分3种，主干比较少用，多用在分支，接天线。 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的称为直通端和耦合端)，有多种型号，主要用在主干。干放器的作用是把信号放大，提高覆盖距离和覆盖区域，主要用在信号末端，信号还需要加大的地方 输出端功率=输入功率-耦合器插损， 耦合端功率=输入功率-耦合度。 以5dB耦合器为例： 输出端功率(直通端功率)=20dB-1.4dB=18.6dB 耦合端功率(耦合端功率)=20dB-5dB=15dB 具体耦合器的损耗各公司要求不一致，以联通为倒 耦合器 1)耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的称为直通端和耦合端) 2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。
从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体耦合器内部是2条金属杆,组成的一级耦合. 微带耦合器内部是2条微带线,组成的一个类似于多级耦合的网络. 3主要指标：耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度。 以下对各项指标进行说明: l耦合度：信号功率经过耦合器，从耦合端口输出的功率和输入信号功率直接的差值。（一般都是理论值如：6dB、10dB、30dB等) 耦合度的计算方法：如上图所示。是信号功率 C-A 的值比如输入信号A为30dBm 而耦合端输出信号C为24dBm 则耦合度＝C-A＝30-24＝6dB，所以此耦合器为6dB耦合器。因为耦合度实际上没有这么理想，一般有个波动的范围，比如标称为6dB的耦合器，实际耦合度可能为：5.5~6.5之间波动。 l隔离度：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离；一般此指标仅用于衡量微带耦合器。并且根据耦合度的不同而不同：如：5－10dB为18～23dB，15dB为20～25dB，20dB（含以上）为：25～30dB；腔体耦合器的隔离度非常好所以没有此指标要求。 计算方法：如上图指的是图中的淡蓝色曲线上的损耗，使用网络分析仪将信号由B输入，测C处减小的量即为隔离度。 2方向性：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离度的值再减去耦合度的值所得的值，由于微带的方向性随着耦合度的增加逐渐减小最后30dB以上基本没有方向性，所以微带耦合器没有此指标要求，腔体
定向耦合器
定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。 基本简介 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。 定向耦合器是把两根传输线放置在足够近的位置使得一条线上的功率可以耦合到另一条线上的元件。它的两个输出端口的信号幅度可以相等也可以不等，一种应用特别广泛的耦合器是3dB 耦合器，这种耦合器的两个输出端口输出信号的幅度是相等的。 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，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。 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。 定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合(分配)元件。它是一种四端口元件，通常由称为直通线(主线)和耦合线(副线)的两段传输线组合而成。直通线和耦合线之间通过一定的耦合机制(例如缝隙、孔、耦合线段等)把直通线功率的一部分(或全部)耦合到耦合线中，并且要求功率在耦合线中只传向某一输出端口，另一端口则无功率输出。如果直通线中波的传播方向变为与原来的方向相反，则耦合线中功率的输出端口与无功率输出的端口也会随之改变,也就是说，功率的耦合(分配)是有方向的，因此称为定向耦合器(方向性耦合器)。 定向耦合器作为许多微波电路的重要组成部分被广泛应用于现代电子系统之中。它可以被用来为温度补偿和幅度控制电路提供采样功率，可以在很宽的频率范围完成功率分配与合成；在平衡放大器中，它有助于获得良好的输入输出电压驻波比(VSWR)；在平衡混合器和微波设备(例如，网络分析仪)中，它可以被用来采样入射和反射信号；在移动通信中，使用
HFSS环形定向耦合器设计实例
实验二：环形定向耦合器仿真场分析 实验目的： 掌握带状线的设置、理解和分析环形定向耦合器的结构和原理。 实验内容： 利用HFSS软件设计一个环形定向耦合器，此环形耦合器使用带状线结构。耦合器的工作频率为4GHz，带状线介质层厚度为2.286mm，介质材料的相对介电常数和损耗正切分别为2.33和0.000429；带状线的金属层位于介质层的中央；端口负载皆为标准的50Ω。 实验原理： 此环形耦合器使用带状线结构，HFSS工程可以采用终端驱动求解类型。4个端口都与背景相接触，所以采用波端口激励，且端口负载阻抗设置为50欧姆。为了简化建模操作以及节省计算时间，带状线的金属层使用理想薄导体来实现，即通过创建二维平面然后给二维平面指定理想导体边界条件来模拟带状线的金属层；带状线的金属层位于介质层的中央。在 HFSS 中，与背景相接触的表面会自动设置为理想导体边界，因此带状线上下两边的参考地无须额外指定，直接使用默认的理想导体边界即可。 实验步骤及结果： 一、新建工程设置 1.插入HFSS设计
2.设置求解类型 3.设置默认的长度单位 从主菜单栏选择【Modeler】→【Units】命令 4.建模相关选项设置（使得建立三维模型之后弹出属性窗口） 从主菜单栏中选择【Tools】→【Options】→【Modeler Options】 5.定义变量 length 从主菜单栏中选择【HFSS】→【Design Properties】命令 点击Add
按图填入相应的值然后点击OK 点击‘确定’ 6.添加新材料 从主菜单栏中选择【Tools】→【Edit Configured Libraries】→【Materials】命令
耦合器调试方法
腔体耦合器设计与调试心得 一、设计软件的使用和优缺点： 在设计中使用了三种设计优化软件：A：EESOF LINECALC和TOUCHSTON；B：HP APPCAD；C：MAXWELL HFSS。 三种软件中，A在初步设计时，可以减少计算量，通过LINECALC，可以很准确的解得奇偶模阻抗，但线宽一般较实际值偏大，比如，在设计6dB宽频耦合器时，该软件求得紧耦合线宽为3.05， （B=8.4,H=2.47），而实验得的数据为 2.8，偏大；耦合间隙极小，以6dB为例，求得紧耦合间隙为0.03，实验数据为0.56。但A在计算单根线宽时，还是相当准确的。 软件B功能较少，只能计算特性阻抗，但计算得极为准确。 软件C是个相当强大的三维场分析软件，可以单独计算奇偶模阻抗，分析场能量分布，电壁，磁壁分布线等，不过它只有分析优化的功能，只有在做好最初的设计，获得最初的数据，方可使用，该软件运行时占用资源极高，优化速度非常慢，所得数据很接近实验数据。 二、实验现象 第一次实验：使用分析得的间隙所做的定位块，将导电棒安装好，由于导电棒较宽，最宽处为3.9，最初使用的N连接器的安装孔外径为8.4，装配时，还没有短路的担忧，没有做任何调试，结果发现高频段的性能指标都不太理想，2200MHz的驻波、隔离指标很差，驻波只有18dB,隔离只达到17dB。耦合度不平，低频段较高，高频段较低，分析现象可推测第二级线长可能长了，以及四个端口容性较大，有必要进行低阻补偿。但有时也可以装配成功，而且指标不差，方向性最多时可达到25dB，但调试量显然是太大了。一是要将导电棒端头处锉细，以加入高阻补尝；二是将导电棒斜装，以调整输入输出回波损耗；三是控制导电棒中心的间距，以得到最优的平坦度。在试验中还发现，由于N连接器装配得不太规范，其结构强度不大，经常出现中心导电棒活动的现象。 第二次试验：根据第一次实验现象，此次试验中，将导电棒50Ω线的长度减小1mm，这样在焊装时，导电棒的端头与N连接器的绝缘子就有1mm的间隙，同时为了加固，在第一级向第二级跳变处加了四氟支撑架。经过调试，发现高端的指标全部上升，不过试验的重复性不太好，而且上升幅度并不是特别明显，仅仅是指标稍高于要求值。但由于仍然使有8.4的N连接器，其结构问题没有解决。 第三次试验：由于前两次试验已确定了腔体耦合器设计的正确性与可行性，此次试验主要是解决结构强度问题与成品率，在这次试验中，对腔体进行了较大的改变，将盖板改为平盖板样式，N连接器改为φ6的，型号改为cp108hf，这样，在外型上可视性要好得多，N连接器的结构强度也有了较大的改进。在实验中发现，现象与前两次试验没有太大的差别，但调试要方便的多，而且在试验中还出现了一个调试方法，就是将端头处进行低阻补偿（因为现在有了1mm的间隙，目前呈高阻），可以很好的改进指标，同时发现了导电棒的安装强度有必要改进。此次实验中，一次成品率没有提高，但调试成功率上升。 第四次试验：为了加强导电棒的安装强度，对腔体又做了一次较大的改进：在四个N连接器所在的位置，挖四个8mm*2mm*1mm的深腔，加装四氟卡槽，一是加入了低阻补偿，二是加强了导电棒的安装强度，实验中发现，对了上次试验所发现的问题，都有了较完好的解决，调试成功率可达到50%。
定向耦合器
单位代码： 10293 密 级： 硕 士 学 位 论 文 论文题目：带短路支节的高隔离度分支线定向耦合器设计研究 电磁场与微波技术 移动通信与射频技术 工学硕士 二零一五年三月 学 科 专 业 研 究 方 向 申请学位类别 论文提交日期
摘要 定向耦合器是一种常用微波无源元件，在无线系统的射频前端中有着广泛的应用。特别在收发同频的无线系统中定向耦合器常常被用作隔离收发信号的一种关键部件。但是传统的定向耦合器隔离度偏低且工作带宽较窄，无法满足系统的要求。本文以分支线定向耦合器为研究对象，主要围绕如何提高其隔离度和增加工作带宽来进行深入研究。论文的主要工作和创新点包括： （1）根据功率相消原理在其耦合端口增加一条微带短路支节，设计出一款3dB带短路支节双分支线定向耦合器。这种方法结构简单，易于实现，且能够大幅提高耦合器隔离度。 （2）完成了一款实验样品的加工、测量工作，验证了短路支节线用于提高双分支线定向耦合器隔离度的效果，以及工作带宽提高不明显的缺点。 （3）在双分支线定向耦合器基础上，总结出一种有效提高其工作带宽的方法：增加耦合路径，并设计出一款3dB三分支线定向耦合器，该耦合器能够大幅拓宽工作带宽。在3dB带短路支节双分支线定向耦合器的基础上设计出一款3dB带短路支节三分支线定向耦合器，该款改进型定向耦合器在很大程度上拓宽了工作带宽，且提高了隔离度。 关键词: 定向耦合器，隔离度，短路支节，工作带宽
Abstract Reader is an important part of the RFID system, and the reader send and receive isolation is one of the key performance of RFID system. At present, the most common methods to improve the reader transceiver isolation degree is to add directional coupler in front of the reader antenna feed network.The traditional directional coupler isolation and working bandwidth is narrow,and can not meet the requirements if the RFID system. In this paper,we focus on the branch line of directional coupler and research on how to improve the isolation and increase bandwidth. The main work and innovation of this paper include: (1)We use method of old-even mode to analyze the double branch line directional coupler,and use the HFSS simulation software to model and simulation,find the directional has a low degree isolation shortcoming. In order to increase isolation of the directional coupler,according to the theory of destructive power we increase a short branch section in the port, and design a 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section.This method is simple in structure, easy to implement, and can greatly improve the coupler isolation. (2) We process the 3dB dual-branch directional coupler with a short branch section into objects, using a vector network analyzer to measure it,finally compare the simulation results and measurement results and found the isolation has been improved in the very great degree but the bandwith is not obvious increased. (3) Base on the dual branch line directional coupler,we sum an effective operating to improve its bandwidth approach:increase the coupling path,and design a 3dB three-branch line directional coupler, the coupler can greatly expand the bandwidth.Base on the dual-branch line directional coupler with a short branch section we design a 3dB three-branch directional coupler with a short branch section,The directional coupler significantly increases the operating bandwidth, and improve the isolation. Key words: the RFID system, isolation , short branch section, directional coupler
ADS设计定向耦合器讲解
<
1概述 1.1 微波技术产生的背景及发展趋势 微波技术是无线电电子学的一个重要分支，已成为现代通信、雷达、导航和遥感等领域最为敏感的课题之一，发展至今已经有比较久的历史了，无论在理论上还是在实践上，微波科学技术逐渐成熟，并拥有很多的从业人员。微波波段的电磁波能穿透电离层,因而卫星通信与卫星电视广播、宇宙通信及射电天文学的研究等均需利用微波来实现，在通信、雷达、导航、遥感、天气、气象、工业、农业、医疗以及科学研究等方面得到越来越广泛的应用，成为了无线电电子学的一个重要的分支趋向。 随着通信技术的迅速发展，为了便于携带和移动,无线电设备的小型化是未来的发展趋势，而移动通信所使用频段处于微波范围,因此实现微波电路的更高频率化, 小型化,固体化,不仅在实用方面,而且在学术方面均有重要的研究价值。定向耦合器通常有两种实现方式: Lange耦合器和带线耦合器。Lange耦合器具有结构紧凑,便于集成的优点,但一般使用陶瓷基板, 电路制作要求较高,加工工艺和成本限制了它的应用。带线耦合器虽然对电路制作工艺要求相对较低,但存在结构复杂、体积较大以及集成困难等缺点。 传统的定向耦合器虽然具有设计成任意功率分配比例的优点，但是体积较大，不利于微波集成化方向发展，因此寻找性能更好和功能独特的小型定向耦合器，一直是人们去研究的课题之一。而微带定向耦合器由于具有结构紧凑、制作简单、便于和其他电路集成等优点,目前已引起人们的极大研究兴趣，未来的耦合器必然会向着集成化和小型化方向发展。 同时,用微带线设计的微波元器件,可以直接做在电路板上,具有所占空间小、易于和其它电路元件连接的特点。因为微带线具有上述特点,所以用它来做微波电路。这将有助于提高微波集成电路的集成度。 然而，微带定向耦合器也有自身的不足，主要体现在耦合度较低和方向性差等方面。为了克服上述缺陷,研究者提出了多种补偿方法，本文也将结合微波理论知识和先进的仿真软件技术，来实现对微带定向耦合器的耦合度和方向性等性能的改善和提高。
微带线定向耦合器的设计
微带线定向耦合器的设计 一、数学模型 1、耦合度和传输系数 图12所示，是平行耦合微带线定向耦合器的示意图。当①端口信号激励时，③端口为隔离端无输出、而耦合端口②及直通端口④有输出。根据奇、偶模分析方法可知，耦合端口②及直通端口④的输出电压分别为， θ θθθθ θθ θsin )(cos 2sin cos sin )(cos 2sin cos 2020000002 0000002020000200002Z Z j Z Z jZ Z Z Z Z j Z Z jZ Z Z U e e e e +++-+++= θ θθ θsin )(cos 2sin )(cos 22020000000 0020200000 02Z Z j Z Z Z Z Z Z j Z Z Z Z U e e e ++-++= 式中：e Z 0和00Z 分别为耦合微带线的偶模和奇模特性阻抗，e θ和0θ分别是耦合微带线的 偶模和奇模的电长度，0Z 是端口的端接阻抗。 根据（1）式可知定向耦合器的耦合度为， )dB (| |lg 202U C =' 而根据（2）式可得传输系数为， )dB (| |lg 204U T = 但需要满足以下条件，即： ) 1() 2() 3() 4(
e O e e e e Z Z Z Z Z Z Z θθθθsin sin sin sin 0000 00000020 ++== 如果假设耦合微带线中传输的是TEM 波（而不是准TEM 波），则可忽略奇、偶模相速的差别而认为：θθθ==0e ，此时（1）～（4）式可以改写成以下形式，即： θ θθsin cos 1sin 2 02j C jC U +-= θ θsin cos 11202 04j C C U +--= 式中： 00 000 00Z Z Z Z C e e +-= 2f f ? =πθ 但需要满足以下条件，即： 00020Z Z Z e = 根据（5）～（9）式可知，此时的耦合度和传输系数分别变为， )dB ()cos 1sin lg(102 20220θ θ C C C -=' )dB ()cos 11lg(102 202 0θ C C T --= 而中心频率的耦合度为， )dB () lg( 20lg 2000 000 00Z Z Z Z C C e e +-==' 2、耦合区的长度 根据（11）式可知，当耦合区的电长度090=θ 时，耦合度C '最大，耦合器获得最大 ) 5() 6() 7()8() 9() 10()11() 12() 13(
功分器、耦合器、电桥 原理与分析
功分器、耦合器、电桥原理与分析 2010-05-21 13:00 本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。 1功分器 1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。 2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。 功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是 几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换. 主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。 以下对各项指标进行说明: l 分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。 （因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测 得与理论值接近的分配损耗） 耦合器和三功分器图示 分配损耗的理论计算方法:如上图所示。比如有一个30dBm的信号，转换 成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话，每份功 率＝1000÷3＝333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm＝ 10lg333.33=25.2dBm, 那么理想分配损耗＝输入信号－输出功率＝30－ 25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB，4功分是6dB l 插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率
通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。插入损 耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分 器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。 插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D 的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝ 5.3dB-4.8dB=0.5dB. 微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为 0.1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整 个路径上的损耗来表示（即分配损耗＋插损）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等 来表示二/三/四功分器的插损。 l 隔离度：指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。 隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，及 CD间的损耗。 l 输入/输出驻波比：指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15的；微带功分器则每个端 口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。 l 功率容限：指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W 平均功率。 l 频率范围：一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～ 2000MHz和800～2500MHz频段 l 带内平坦度：指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：0.2~0.5dB。 2耦合器 1) 耦合器的作用是将信号不均匀地分成2分(称为主干端和耦合端，也有的 称为直通端和耦合端) 2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。
定向耦合器的应用及指标参数
定向耦合器在微波技术中有着广泛的应用，种类很多。 波导同轴线带状线微带线 按传输线类型 单孔耦合多孔耦合连续耦合平行线耦合 按耦合方式 同向耦合反向耦合 输出方向 90度定向180度定向 输出相位 强耦合中等耦合弱耦合 按耦合强弱 定向耦合器的技术指标 定向耦合器一般属于四端口网络，它有输入端，直通端，耦合端和隔离端，分别对应右图所示的1、2、3和4端口。 定向耦合器的主要技术指标有耦合度，隔离度（或方向性）、输入驻波比和工作带宽。 （一）耦合度C 耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的分贝数，即 3 1 log 10 P P C= （dB） 由于定向耦合器是一个可逆四端口网络，因此耦合度又可表示 13 1 13 2 11 log 20 2 ~ 2 ~ log 10 S U S U C i i = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = （dB） 由此可见耦合度的分贝数越大耦合越弱。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；把耦合度大于20Db的定向耦合器称为弱耦
合定向耦合器。 （二）隔离度D 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之比的分贝数，即 41 log 10P P D =（dB ） 若用散射参量来描述，则有 14 1142 11log 202~2~log 10S U S U D i i =????? ?????=(Db) 在理想情况下，隔离端应无输出功率，即P4=0，此时隔离度为无限大，但实际上由于设计或加工制作的不完 善，常有极小部门功率从隔离端输出，使隔离度不再为无限大。 有时用方向性（dB ）来表示耦合器的隔离性能，它是耦合端输出功率P3与隔离端的输出功率P4之比。也可 用散射参量来表示反向性，即 C D S S S S P P D -===='1413214 2 13 43 log 20log 10log 10 （三）、输入驻波比p 将定向耦合器除输入端外，其余各端均接上匹配负载时，输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。 此时，网络输入端的反射系数即为网络的散射参量S 11, 故有 11 1111S S -+= ρ （四）、频带宽度 频带宽度是指耦合度、隔离度（或方向性）及输入驻波比都满足指标要求时，定向耦合器的工作频带宽 度，简称工作带宽。 以下为定向耦合器的图片 Reference: 近代物理实验Google 学术 优译创立于中国深圳市，注册资金2亿元人民币，是集军民用微波通信器件开发、设计与生
定向耦合器
1 实验六 定向耦合器特性的测量及应用 目的：研究定向耦合器的特性及其应用。 原理： 定向耦合器是微波测量和其它微波系统中常见的微波器件，它是一种有方向性的微波功率分配器，更是近代扫频反射计中不可缺少的部件，通常有波导、同轴线、带状线及微带等几种类型。图1为其结构示意图。它主要包括主线和副线两部分，彼此之间通过种种形式小孔、缝、隙等进行耦合。因此，从主线端上“1”输入的功率，将有一部分耦合到副线中去，由于波的干涉或叠加，使功率仅沿副线一个方向传输（称“正向”），而另一方向则几乎毫无功率传输（称“反向”），图2为本实验所用的十字定向耦合器，耦合器中端口之一终端接一内装的匹配负载。 主线副线 图1 （一）定向耦合器的主要特性参量有二： 为了便于解释耦合度和方向性，画出了定向耦合器传输示意图（图3），图中P 1、P 2分别为主线输入、输出功率；P F 3为副线 1 2 4 3 主线 副线 图3P3F 124 3 主线 副线 P 1 P 2 3R P P 1 P 2
2 中正向输出功率，P R 3为副线中反向输出功率。 （1）耦合度（或过度衰减）C 如图3（a ）所示，主线输入功率P 1， 与副线中正向输出功率P F 3之比，称为定向耦合的耦合 度，若以分贝（db ）表示则： C=10log F P P 31 (db) （6.1） （2）方向性D 如图3所示，副线中正向输出功率P F 3与反向输出功率P R 3之比称为定向耦合器的方向性，若以分贝表示，则: D=log R F P P 33(db) （6.2） 有时，反映定向程度的指标也用隔离度D ’来表示。隔离度表示主线输入功率P 与副线反向输出功率之比，即 D=10log R P P 31 (db) （6.3） 由式子（2） D=10log R F P P 33=10log R P P 31=D ’-C （6.4） 从上可知，定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差，理想的定 向耦合器的方向性D →∞;也就是说，当各端均匹配端接时，若功率从主线端“1”输入，则副线仅端“3”有输出，而端“4”无输出；即端“1”与端“4”彼此隔离；端“2”与端“3”彼此隔离，实际的定向耦合器隔离端的耦合隔离的理想器件。 本实验主要是测量定向耦合器的耦合度和方向性，由上述定义可知，它实际上是功率测量或衰减量的测量，前述衰减测量的方法原则上都能适用，只是对高方向性器件的测量可能要碰上一定困难，需用专门的测量技术。 （二）定向耦合器的应用——单定向耦合器反射计 用反射计测量驻波比是常用的方法之一，本实验将采用单定向耦合器，