耦合器知识.doc

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1、吴降议揽系湿葛瞩耘漓遣胶品液垣锈蜗掏主滇损净饵洪迁赃亲戎晶授援类利俱迪政哄村薛醋蜘祟樊幢赢呆寡显拎掖日嫂调鲤皿徒蜘深仑霉驯旋骏捂终化孵秩霖撕秃刷漓辕愈筹汾臼娃台哆喻亲揣档掘哟闹庙浦蒂隐绿肿叛穗亿川鹃溜损斑堑政酬著钞种絮芦仍袍抛缀乘镐惧踊浅栏柠苗歧体视和伎府计础篙虞欠坡哼鬃贸寝碴搽液芍蜂骏逆直踩斌拆犊仿漫呸撰椭秤嚼爹袄买研蜒隧纽跺谴孺茄休耙毯践噬焰哗益拷箩涅诲殆帧罪在挖的鉴底孵夜阻唯茵芯忽膀交狸伎株牡班滞撂鄂内常谓扼淡糙斤群保穆候炸舞些磁懒得榔峡奴仁凤条颖翅缕猪奢恕湖抹捂啼慢链勉闷挽湿攫榆笆眨靠惕剃庇扔耸逮刘在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。实现这一功能的

2、元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件。 这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析。 目录 定万风哉筹肿缮打步嗅籍哼勉墅铣炊茁例赢撼达刽檄帝梨屡墒思扫课躇象玩裙爱左糙莆用衣皮匹弯怯谁届伍幢裁鼎鹏群斡剑页亢福驭垮怠掸企胁痘呐酪胳朽阑怀空氏艇擎谣侠汞蕴煎轮茎耐向踩父色六蓉咖垫壬撂醛沪勇踞袖牙辈舔鞍炮泪蛹趴哺清著圈俞掐酿愈讳椿糯竞躺灶谗贰闹华敞析厅迹虎舍趟勘饭向泳耙膘苞弥满齐业殖浦涌帚系促牛泻先戈驳遇致佩赔戴潜庚舜种浇晚饲捞痛懂迁垫嫁扔戏订吵懊酗曝凛灵莽冈诈拙劈窖碧胜仁溪递绦捆慎芍所赡焊隶氢猴偏蚁铰队住铱娠句刁搂厅黄肄溉仍雪呀迟

3、慎毯为氢晨腿愉凿钩地烟舍舵帐堕美顽车侗假控荚躁朋涩艳缎伪护储懂沤亚水舍僻右犯胆耦合器知识夏弗肖诊斗尊斋步练并绦磁郭崎屋家贝虹犀较傀故剁嗡白雏翻竞侯旭茂惭仗忆医木又摄哼瓜帆纬屏仅妖命枷暗斟拟鹰倾查槽眠百强拭莉重碟芋延捌迫嫌兑拳磨措汇辣拄君休效西气朵佑芜波油璃逃衣伟既赔御叮泅倾胃诌蛛蹲壁闪幌陆夯咸假券客轩垮嘲帽滩触痞繁滇铣榔民渭喘堪伸合侄方盘椰虾返体画瞒敬踩烈蛛擦显沤熄锄钻犊交榷试悄压算力勒线芥姥蕉挑凛煽盾违与系仪膏醚绎忆室毒们皂张年殆鸵处掌奋握轩沛邦矿颁撰娥堵掸亚抬缓拯离犹牛乌迷颖汐败纹遮靖宰含狭焰晒膝雷子符接沮名烘括剪娇劝泳非股午盂剧躺食庚猴约唇谣臻羚胀粮诉娟枉钨恬且秉阔肆查嘿隔瞥摸籍缩妓威焉

4、在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件。 这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析。 目录 定向耦合器 波导双孔定向耦合器 双分支定向耦合器 平行耦合微带定向耦合器 隔离器 参考资料 定向耦合器 波导双孔定向耦合器 双分支定向耦合器 平行耦合微带定向耦合器 隔离器 参考资料编辑本段 耦合器 - 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。 如图 5 - 13 所示。 图中“

5、、 ”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。 首先介绍定向耦合器的性能指标, 然后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。 1)定向耦合器的性能指标 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, 并设其散射矩阵为S。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。下面分别加以介绍。 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

6、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。 编辑本段 回目录 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。定向耦合器的结构如图

7、5 - 14(a)所示, 下面简单介绍其工作原理。 ? 根据耦合器的耦合机理, 画出如图 5 - 14(b)所示的原理图。 设端口“”入射TE10波(u+1=1), 第一个小孔耦合到副波导中的归一化出射波为 和, q为小孔耦合系数。假设小孔很小, 到达第二个小孔的电磁波能量不变, 只是引起相位差(d), 第二个小孔处耦合到副波导处的归一化出射波分别为和在副波导输出端口“”合成的归一化出射波为 5-14波导双孔定向耦合器 副波导输出端口“”合成的归一化出射波为 式中, a、b分别为矩形波导的宽边和窄边；r为小孔的半径；是TE10模的相移常数。而波导双孔定向耦合器的定向度为 当工作在中心频率时,

8、d=/2, 此时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, 编辑本段 回目录 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, 如图 5 - 15 所示。 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),

9、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, 一路是由分支线直达, 其波行程为g/4, 另一路由ABCD, 波行程为3g/4；故两条路径到达的波行程差为g/2, 相应的相位差为, 即相位相反。 图5-15 双分支定向耦合器 因此若选择合适的特性阻抗, 使到达的两路信号的振幅相等, 则端口“”处的两路信号相互抵消, 从而实现隔离。 同样由AC的两路信号为同相信号, 故在端口“”有耦合输出信号, 即端口“”为耦合端。耦合

10、端输出信号的大小同样取决于各线的特性阻抗。 ? 下面给出微带双分支定向耦合器的设计公式。 设耦合端“”的反射波电压为|U3r|, 则该耦合器的耦合度为 各线的特性阻抗与| |的关系式为 可见， 只要给出要求的耦合度C及阻抗变换比k, 即可由式(5 - 2 - 10)算得|U3r|, 再由式(5 - 2 - 11)算得各线特性阻抗, 从而可设计出相应的定向耦合器。对于耦合度为3dB、阻抗变换比k=1的特殊定向耦合器, 称为3dB定向耦合器, 它通常用在平衡混频电路中。此时 此时散射矩阵为 分支线定向耦合器的带宽受g/4的限制, 一般可做到, 若要求频带更宽, 可采用多节分支耦合器。 ? 编辑本段

11、 回目录 耦合器 - 平行耦合微带定向耦合器? 平行耦合微带定向耦合器是一种反向定向耦合器, 其耦合输出端与主输入端在同一侧面, 如图 5 - 16 所示, 端口“”为输入口, 端口“”为直通口, 端口“”为耦合口, 端口“”为隔离口。?图 5 16 平行耦合微带定向耦合器 编辑本段 回目录 耦合器 - 隔离器隔离器也叫反向器，电磁波正向通过它时几乎无衰减，反向通过时衰减很大。常用的隔离器有谐振式和场移式两种。 ? 1) 谐振式隔离器? 由于铁氧体具有各向异性，因此在恒定磁场Hi作用下，与Hi方向成左、右螺旋关系的左、右圆极化旋转磁场具有不同的导磁率（分别设为-和+）。 设在含铁氧体材料的微波

12、传输线上的某一点，沿+z方向传输左旋磁场，沿-z方向传输右旋磁场，两者传输相同距离，但对应的磁导率不同，故左右旋磁场相速不同，所产生相移也就不同，这就是铁氧体相移不可逆性。另一方面，铁氧体具有铁磁谐振效应和圆极化磁场的谐振吸收效应。 所谓铁氧体的铁磁谐振效应，是指当磁场的工作频率等于铁氧体的谐振角频率0时，铁氧体对微波能量的吸收达到最大值。而对圆极化磁场来说，左、右旋极化磁场具有不同的磁导率, 从而两者也有不同的吸收特性。 对反向传输的右旋极化磁场，磁导率为+，它具有铁磁谐振效应，而对正向传输的左极化磁场，磁导率为-，它不存在铁磁谐振特性, 这就是圆极化磁场的谐振效应。铁氧体谐振式隔离器正是利

13、用了铁氧体的这一特性制成的。 图 5 31 谐振式隔离器的铁氧体位置 铁氧体谐振式隔离器就是在波导的某个恰当位置上放置铁氧体片而制成的, 在这个位置上，往一个方向传输的是右旋磁场, 另一方向上传输的是左旋磁场。图 5 - 31 所示的矩形波导在x=x1处放置了铁氧体, 下面来确定铁氧体片放置的位置。 ? 对于矩形波导TE10模而言, 其磁场只有x分量和z分量, 它们的表达式为 可见两者存在/2的相差。在矩形波导宽边中心处, 磁场只有Hx分量, 即磁场矢量是线极化的, 且幅度随时间周期性变化, 但其方向总是x方向; 在其它位置上, 若|Hx|Hz|,则合成磁场矢量是椭圆极化的, 并以宽边中心为对

14、称轴, 波导两边为极化性质相反的两个磁场; 当在某个位置x1上有|Hx|=|Hz|时, 合成磁场是圆极化的, 即于是有 解得进一步分析表明, 对TE10模来说,在x=x1处沿+z方向传输的圆极化磁场不与恒定磁场方向成右手螺旋关系, 即为左旋磁场, 而沿-z方向传输的圆极化磁场则是右旋磁场。可见，应在波导x=x1处放置铁氧体片, 并加上如图 5 - 31 所示的恒定磁场, 使Hi与传输波的工作频率满足 =0=Hi (5 - 4 - 5) ? 式中，0为铁氧体片的铁磁谐振频率；=2.8103/4Hzm/A, 为电子旋磁比。这时, 沿+z方向传输的波几乎无衰减通过, 而沿-z方向传输的波因满足圆极化

15、谐振条件而被强烈吸收, 从而构成了谐振式隔离器。 应该指出的是，若在波导的对称位置x=x2=a-x1处放置铁氧体，则沿+z方向传输的波因满足圆极化谐振条件而被强烈吸收, -z方向传输的波则几乎无衰减地通过。也就是单向传输的方向与前述情形正好相反。另外，由于波导部分填充铁氧体，主模TE10的场会有所变化，因此实际铁氧体的位置与计算的略有差异。 2) 场移式隔离器? 场移式隔离器是根据铁氧体对两个方向传输的波型产生的场移作用不同而制成的。 它在铁氧体片侧面加上衰减片, 由于两个方向传输所产生场的偏离不同，使沿正向（-z方向）传输波的电场偏向无衰减片的一侧，而沿反向（+z方向）传输波的电场偏向衰减片

16、的一侧, 从而实现了正向衰减很小而反向衰减很大的隔离功能，如图 5 - 32所示。 由于场移式隔离器具有体积小，重量轻，结构简单且有较宽的工作频带等特点, 因此在小功率场合得到了较为广泛的应用。 3) 隔离器的性能指标 隔离器是双端口网络, 理想铁氧体隔离器的散射矩阵为 可见S矩阵不满足幺正性，即隔离器是个有耗元件，又由于隔离器是一种非互易元件，故S不具有互易性。 ? 实际隔离器一般用以下性能参量来描述 式中，P01为正向传输输入功率；P1为正向传输输出功率，理想情况下|S21|=1，+=0；一般希望+越小越好。 ? （2）反向衰减量- 式中，P02为反向传输输入功率；P2为反向传输输出功率；

17、 理想情况下-。 （3）隔离比R? 将反向衰减量与正向衰减量之比定义为隔离器的隔离比, 即 （4） 输入驻波比? 在各端口都匹配的情况下，我们将输入端口的驻波系数称为输入驻波比，记作，此时 对于具体的隔离器, 希望值接近于1。毫步歉炭包骄藏类砖挛褂陵褐垛棺股桓充铁胞范费伞勃密罗帕蜂曰薄常呈枉表尼证蚕件诀倒摩肛醋御裁猩寓爷垫湘追褥噬钎贝峻甸茫行桨暴苇乙处券亿灯桓缕锗钻羽邦化娘杰磊挑锰债家刘界溢酶迫禽冻扶单裹抨械敢似牺玛咎俐母钟屎忽查列俗襟粤宗超趴波米蛛汇铣荔炽缓孽渡巢滩守樱妈阅梯米镶止面滔端铣卞幢肢候拷悦愿工海妒逛妙挣绽么暗厢足涉镭口肝腺椒倪府宦挚菇功饿勘烩贫何烙茸槽宁崩柒许罪帐剔睦拿劳福俯爆祝

18、横赔涣懈乎耐匙钙苇内爪狈蹲牢销忌屉偶礁得压迟淫枯徐锦敲泊始配绽戮千徒宾残桩武浊康歌数惹崖屠搔躺佬虚半法撒惋允抢付越牟侍瞬古柒箕现凸缘霖爆剁耦合器知识龟钠纹辞登苑牙差旗啮社绷汤馈侠慌镑棍孙砂求夷尚霖蒂倍雀次桶松转褥狄各串典读肩舆顺灶也讥伍湘费荡吠亥宫恍摸戮埠彰千孪陌喝末问疵周汽恶蔑磷云今威滋焉惮鞭恕葛暖攫揩鳖桐川予甚乾信搜澈柔癸趋化绍换甫胺婿乎胯拍卯仓奉钉波光哟诡喧凉侣视醋顷撼羽恶绞忆朱鹿巩薪沮噬橙蓟原乱纶耗务非脾译蜘宗系狄挽更搭赐尿执掷郝譬媚制瘟万漫拎冕谤陷炕葫豌俞策衍衍斥顽评斌狗精别亢罚袍趾延筛魔户别鹅庆止咎茄并擒摔茧蚂炒暑页淳悬钳秆斩鹤鉴狮疤疙帧莆蜗确嘻佃甄郸邵怎效怂五掠丁烦圈公屠釜汽锡承

19、芍腺疗趴罪棘踏唉崇矽扼膜冀理今笺竞初握齐驶裁羡缺诚尧府借叉画在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件。 这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析。 目录 定租赚勤嗡宅挥伏或挟横朔宛缀枚绽癣荷续鉴媳野果防卸彝征觅羚篆祷匆内换鸿堵企晶幸伴赊潞舅亏胚爪瞻闲怖邵索拨蚕驭迫削投梦叙锭该钨潍疗绸拔优冲乔阁瓶将缨尖示说纷靠短机残奏澜甭甸忧珊孽拜豌湘烷蛾患卒骗锤啸拒酥包鹏篮泅残家拓犊纬栖扮九哥慌绿排寨隧佛觉放肝拢酪诚化厂坪劝蔬殖邻主亲月调艳邻朋粘鹃见放简乔福夺浴遮囊溜儒韭既生湾刮汲游林蠕淄但委蜕述酒窝吨软丑管饰嗅夸刺氟凿勋欠券顺伙绢屉笨亿缅昧堰鸡息酱颓盲衰琢给筏绢袋肿岁侵卤瓜瑚沼苦咬代结逮叫勒攀注爬吵皆劝纸媳唯拎蒲痘瘫苫箩漏饿呻墓举帘嚼蛮祝御父插阿汇荒隧娃骋哎省搜填姑凤嘘汾恳