射频工程师必知必会——波导定向耦合器.docx

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1、矩形波导定向耦合器微波技术与微波器件矩形波导定向耦合器同上面介绍的两款定向耦合器一样，由主波导和负波导组成。通过主波导和副波导公共壁上的耦合孔进行耦合。根据耦合孔的数目和形状，波导定向耦合器可分为单孔定向耦合器，多孔定向耦合器，十字孔定向耦合器匹配双T和波导裂缝电桥等多种结构形式。(1)No.1单孔定向耦合器(4)(2)单孔定向耦合器的结构如上图所示，其主副波导的公共壁是宽壁,圆孔开在公共宽壁的中心线上。假设输入信号的波形为TEIO模,其模式图如下图所示。当TEIo波从主波导端口1输入后，大部分的信号从端口2输出，一小部分的信号能量通过公共壁上的圆孔耦合到副波导中去，而且耦合到副波导中的能量大

2、部分从端口3输出，端口4有很少的信号能量输出。那么对于单孔耦合器，端口1为耦合器的输入口，端口2为直通口，端口3为耦合口，端口4为隔离口。为什么呢？先看下面的场图和电流分布图。把这个记在脑海我们从电磁场的分布中去寻找答案。根据TE1o波再矩形波导中的电磁场分布，在耦合圆孔附近的电场和磁场分布如下图所示。彳、一(1)(2)当主波导的TE1O波到达耦合圆孔时,电场能量E会通过耦合圆孔进入副波导的公共宽壁上,使圆孔周围得到大小相等方向相同的电场分布，如上图b所示。由于圆孔在波导宽面的中心线上，在圆孔处，除了电场耦合外，磁场同样会通过耦合圆孔进入到副波导中去。如图C所示。这样电磁场通过耦合孔进入到副波

3、导线中之后，会相互叠加。由上图可知，在端口3t电磁场耦合的信号相互叠加增强，端口4处的电磁场耦合的信号抵消减弱。对于单孔耦合器的计算可以通过小孔耦合理论进行定量分析计算,具体过程可参见今日推文2学习矩形波导与圆柱波导或圆柱谐振腔间的小孔耦合。这里仅给出利用小孔耦合理论推到出的单孔定向耦合器的耦合度C和隔离度D的计算公式。（划重点）式中a,b分别为波导的宽边和窄边尺寸，波导波长为：No.2多孔定向耦合器上面介绍完单孔耦合器，我们接着来学习多孔耦合器。下面介绍的矩形波导多孔耦合器的主波导线和副波导线相互平行，公共壁为波导窄壁，在公共窄壁上开有若干个相隔一定距离的小孔，最简单的多孔耦合器为双孔定向耦

4、合器，其结构%如下图所示，两孔之间的距离为4.中心工作频率波长的四分之一。当电磁信号从端口1输入时，在主波导中的TE1O模在窄壁上只有纵向的磁场分量，没有电场分量，因此通过每个耦合孔只有一种耦合波，若要在副波导中形成定向耦合，至少需要开两个耦合孔。波传输示意图如下图所示。设由孔A耦合到副波导中的波记为V3a,V4a,因耦合孔很小，所以认为到达孔B的波与到达孔A的波近似相等，只是相位落后/72./4TF7,这样由孔B耦合到副波导中的波可以近似表示为：V4B=V4A.已2=_jV4a当V3b传输到孔A与V3a合成时，相位又落后/?.JA=Tr42,因此由端口（3）输出的合成波为v3v3A+v3Be

5、2=0同理，由端口4输出的合成波为：._J一_v/=V71Z-C2+V,n=-2V由以上两式可知，端口3为隔离端，端口4为耦合端。通过上述分析可知，双孔定向耦合器的定向耦合作用是由两孔耦合的波相互干涉形成的，类似于之前介绍的分支线定向耦合器。多孔定向耦合器的结构和工作原理与双孔定向耦合器的结构和工作原理类似,但多孔定向耦合器的频带较宽、耦合度较小。今天就学习到这里，再次推荐一下这本书微波技术与微波器件。确实不错。98H二.Z*k金着M”葭;工，；:T.二工S6.3炬形能号定向根合It,，帕理吧普卧加匕*0公共小2】：嚷黑佝”介化之:个普:匕碇状皿1WUm”分，内2箕2先例介忡：1.字几足皿陋舞

6、、色配仪】国也好理验电椅寄卷.结,型式上631矩形波导航孔定向耦合居、M值/忸公)也曲波守小在(与n&MHoe)ftimm会的脩构如M63-C)：:；：；、,中人后.二：&；.史宣哝四化开任公共宽眩的中心线匕.女生震0波屏E族YF中k耐偎个：在傕M从靖口淌H1.小部分信9幡量通过BiR.小利M,Q定何偎;(饼”的大梆分波从端口(3)晚由,0口(4).出很少.因此这钟模密:哈队把破长悄懒，,91定向胭合作用可用图6.3-1(b和阳6.3T(c透行晚喇.无H；,睁.性横也:武3,而抵达烟合孔时电场分VE,会通过小几面停在副成号的公：线住我计觅吧灯利大小相等而方向相同的电场如阳6.3Nb所示由EmH咕件世黑黑除分？啖漂退W黑或力”轴向表面电怅该电流流过小41时,在礼处被收新干月二八讷叮色场H.激WMr靠生图6.3XC)所示的电场分布将电场E，激励叫等;:，)两幽小沛负电?加起来.他得到端口(3)和端口(4)的限合法由照a知;作用,解为“用我”金甯黑髭嚣嚣姬濡靠盘温ftZ产生的.(a)单孔定向H合笈(b)电场事台图6.3-1垂孔定向横合笈的结构及电磁塔台的场分布财单孔定向耦合器的定做分析需利用小扎耦合理论,由于篇懈行限,这里僦，讨论了，卜面只给出利用小孔耦合理论所得到的单孔定向辆台器隅合发C和隰/算公式C=201g3%m11