5-无源微波电路-3

1、1一、定向耦合器的端口定义及符号一、定向耦合器的端口定义及符号定向耦合器的一般性质定向耦合器的一般性质对称性对称性21343142ssss 隔离性隔离性4132ss 5.10 定向耦合器定向耦合器 定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器，从主传输系统的正向波中按一定比例分配功率，并基本上不从反向波中分出功率。因此，利用定向耦合器可以对主传输系统中的入射波和反射波分别进行取样。=02定向耦合器的分类定向耦合器的分类 5.10 定向耦合器定向耦合器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

2、按耦合强弱3 5.10 定向耦合器定向耦合器二、常见定向耦合器二、常见定向耦合器(a) 微带分支定向耦合器; (b) 波导单孔定向耦合器; (c) 平行耦合线定向耦合器 (d) 波导匹配双T耦合器; (e) 波导多孔定向耦合器; (f) 微带混合环4 5.10 定向耦合器定向耦合器三、定向耦合器的性能指标三、定向耦合器的性能指标1.耦合度耦合度C：131310lg20lgpCsp 2.方向性系数方向性系数D：31344110lg20lgspDps 一般耦合度一般耦合度: 20 dB, 10 dB, 6 dB, 3 dB一般定向性一般定向性 3040 dB 愈大愈好愈大愈好010dB的定向耦合器

3、称为强耦合定向耦合器的定向耦合器称为强耦合定向耦合器1020dB的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器；的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器；大于大于20dB的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。耦合端口与输入端口功率之比耦合端口与输入端口功率之比耦合端口与隔离端口功率之比耦合端口与隔离端口功率之比53. 隔离度隔离度I：141410lg20lgpIspIDC 4. 输入驻波比：其余三端口均接匹配负载时输入端口的驻波比。输入驻波比：其余三端口均接匹配负载时输入端口的驻波比。5. 频带宽度频带宽度: 指耦合度、隔离度、输入驻波比均满足要求时的指耦合度、隔离度、输入驻波比均

4、满足要求时的定向耦合器的工作频带宽度。定向耦合器的工作频带宽度。 5.10 定向耦合器定向耦合器互相隔离的两端口功率之比互相隔离的两端口功率之比6 5.10.1 定向耦合器的机理定向耦合器的机理一、小孔定向耦合器一、小孔定向耦合器443322211- -是主波导，是主波导，- -是副波导是副波导小孔定向耦合器可用等效源来分析小孔定向耦合器可用等效源来分析为加强定向性和耦合度，一般均采用多孔排阵方式为加强定向性和耦合度，一般均采用多孔排阵方式7 5.10.1 定向耦合器的机理定向耦合器的机理12a-a+34二、多孔二、多孔耦合器耦合器(1)(1)(1)3(1)j nj nj nj nba ea

5、ea ea ne 242(1)2242(1)2(1)2(1)1sin1sinjjjnjjjnj nj njbaa ea ea eaeeeenaa ee ？820log20log20logSCanCn CS 是单孔耦合度是单孔耦合度sinsin20log20log20logsinsinSannDDann DS单孔定向性，后项表示阵列定向性单孔定向性，后项表示阵列定向性 5.10.1 定向耦合器的机理定向耦合器的机理1a1b2a2b/4123494 端口端口隔离端口隔离端口2端口端口直通端口直通端口1 端口端口输入端口输入端口3端口端口耦合端口耦合端口 5.10.1 定向耦合器的机理定向耦合器的机

6、理10 5.10.3 理想对称定向耦合器的理想对称定向耦合器的s一、一、 无耗互易全匹配的四端口网络是对称定向耦合器无耗互易全匹配的四端口网络是对称定向耦合器证：证： 1423231212313241143324440000ssssssSssssss 利用无耗网络的幺正性条件：利用无耗网络的幺正性条件： *1SS 第一种情况：第一种情况：23241323*1314*1424222413142413120(3)340(4)(3)(4)()0s ss ss ss ssssss 列列列列列列列列消除消除13214342ssss 1432ss 11 5.10.3 理想对称定向耦合器的理想对称定向耦合器

7、的s 22141424130()0ssss *1SS2212132221223242221323342224341(5)1(6)1(7)1(8)ssssssssss 222132324(5) (6)(9)sss、222232434(9) (7)21(10)sss、23(10) (8)0(11)s、1423(0)ss隔隔离离性性12131223241323342434000000ssssssssss12 5.10.3 理想对称定向耦合器的理想对称定向耦合器的s12341324(6) (8)(7) (8)ssss - - -2212242213342224341(6)1(7)1(8)ssssss

8、则则对称性对称性 121312131312131200000000ssssSssss 13 5.10.3 理想对称定向耦合器的理想对称定向耦合器的s123412131324-ssssjss 设设或或、 00000000jjSjj 090)（定定向向耦耦合合器器0180)（定定向向耦耦合合器器 0000-000-0S 14第二种情况：第二种情况：推导过程类似，若推导过程改变为：推导过程类似，若推导过程改变为：2324*1314*14 132324222314132314120(3)340(4)(3)(4)(-)0s ss ss ss ssssss 列列列列反向定向耦合器（平行线）反向定向耦合器（

9、平行线） 5.10.3 理想对称定向耦合器的理想对称定向耦合器的sjsSjj 由由 00000000jjSjj 区别？15 5.10.3 理想对称定向耦合器的理想对称定向耦合器的s90度定向耦合器0180)（定定向向耦耦合合器器反向定向耦合器反向定向耦合器16 5.10.4奇偶模分析法分析对称定向耦合器奇偶模分析法分析对称定向耦合器 11121314121114131314111214131211sssssssssssssssss 端口端口1加激励时的等效激励加激励时的等效激励对称面对称面12431a1 开路开路12431a1/2 4a1/2 短路短路12431a1/

10、2 4a1/2 17 5.10.4奇偶模分析法分析对称定向耦合器奇偶模分析法分析对称定向耦合器偶模激励时偶模激励时1111213142121114133131411124141312111/2001/2eeeebssssbssssbssssbssss 121114121311eeeeeebbssTssaa eeT 引引入入偶偶模模反反射射系系和和传传输输系系数数11141412132322eeeessbbssbb 4端口端口2端口端口18 5.10.4奇偶模分析法分析对称定向耦合器奇偶模分析法分析对称定向耦合器奇模激励：奇模激励：11112131421211141331314111241413

11、12111/2001/2oooobssssbssssbssssbssss 121114121311ooooooooTbbssTssaa 引引入入奇奇模模反反射射系系和和传传输输系系数数eoeoTT由由、 、可可推推出出111412132222eoeoeoeossTTTTss ，11141412132322oooossbbssbb 195.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器0elll设设：一、一、 /4微带平行线定向耦合器微带平行线定向耦合器(反向）反向）1. 偶模激励偶模激励0000cossinsincoseeeeeeZjZabcdZjZ 000000000000()sin2cos()si

12、n222cos()sineeeeeeeeZZjZZabcdZZabcdjZZTZZabcdjZZ 205.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器2.奇模激励奇模激励011?2es 02121490 :1-sjCjsC 3. s系数同上系数同上213122001420010221cossin(21eoeoeoeoeoTTTTCssCjZZjCtgsCZZCjtg 耦耦合合系系数数）匹配条件匹配条件(p240)000000022cos()sineoeoeooeZZ ZTTZZjZZ0215.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器 00000000jjsjj 22The Lange couplerT

13、he unfolded Lange coupler.235.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器二、二、 90900 0定向耦合器定向耦合器1.定性分析定性分析(波程差法波程差法)端口端口1激励时激励时(4)端口：端口：A-B-C-D和和A-D两路信号合两路信号合成，相差成，相差 ，抵消，隔离端，抵消，隔离端(3)端口：端口：A-B-C和和A-D-C两路信号合两路信号合成，同相，叠加，耦合端成，同相，叠加，耦合端ABDC245.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器2. 用奇偶模法求用奇偶模法求s(1). 偶模等效电路偶模等效电路 123100/21011201112aaaajjjjjj 1

14、112021(1)2eeabcdsabcdsjTabcd /4g /8g /8g 2/4g 2jj255.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器(2).奇模等效电路奇模等效电路 123100/21011201112aaaajjjjjj 1112021(1)2ooabcdsabcdsjTabcd /4g /8g /8g 1/2/4g 1/2j j 265.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器3. s: 1114121300221222201000111002010eoeoeoeossTTTTjssjjsjj Z1Z4Z2Z3ABCDZt1Zt2Z0pZ0pg/ 4g/ 4275.11 微带线定

15、向耦合器微带线定向耦合器285.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器1. 定性分析定性分析端口端口1激励激励(4) 、(2)端口两路信号同相叠加端口两路信号同相叠加，且同相且同相(3)端口信号两路信号反相抵消端口信号两路信号反相抵消端口端口3激励激励(4) 、(2)端口两路信号同相叠加端口两路信号同相叠加，且反相且反相(1)端口信号两路信号反相抵消端口信号两路信号反相抵消三、三、 1801800 0定向耦合定向耦合(混合环混合环) )（HT）（ET）295.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器2. 偶模等效电路偶模等效电路 123101002110222122-1aaaajjjjjj 11

16、12222eeabcdjsabcdjsTabcd /4g /8g 3/ 8g 2/4g 2/2j/2j 305.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器3. 奇模等效电路奇模等效电路 1231112101002/21/21/201221222ooaaaajjjjjjabcdjsabcdjsTabcd /4g /8g 3/ 8g 2/4g 2/2j /2j315.11 微带线定向耦合器微带线定向耦合器4. s:11141213222202220222ooeeeoeoeoeojjTjjTjssTTTTjss 01011010010121010js 325.9 魔魔T由互易性、对称性、由互易性、对称性

17、、ET和和HT的性质设的性质设3、4端口匹配，则：端口匹配，则： 13231112131414241211131411221313334414143443000000sssssssssssssssssssssss 一、一、s33无耗网络的幺正性条件无耗网络的幺正性条件 *1SS 2213131112131422121113141414*131311 1312 1322221414111213141( )-1( )-000( )001( )ssassssssssssbssss ss scssssssd 13141112( ),( )1/2( )( ),( ),( )0abssecdess 001

18、100111110021100s 全匹配全匹配对口隔离对口隔离功率均分功率均分5.9 魔魔T345.9 魔魔T35魔魔T 的应用的应用 微波阻抗测量电桥双微波阻抗测量电桥双T可以用来作为平衡电桥测量阻抗：可以用来作为平衡电桥测量阻抗：5.9 魔魔T指示器ZXZ0信号源 H E 由由H壁输入信号被等幅同相地分壁输入信号被等幅同相地分配到端口配到端口1、2中去。如果中去。如果Z0=ZX，则由则由ZX、Z0引起的反射波也是等幅引起的反射波也是等幅同相，因此同相，因此 E 壁不会有输出，指示壁不会有输出，指示器为器为0。Z0ZX时，则由它们引起的时，则由它们引起的反射波不仅不同相，而且幅度也不反射波不仅不同相，而且幅度也不相等，相等，E壁有输出指示值也就不等壁有输出指示值也就不等于零。这时调整已知阻抗于零。这时调整已知阻抗Z0 ，直到直到指示器的指示位为零，指示器的指示位为零， ZX则等于则等于Z0365.9 定向耦合器应用定向耦合器应用在线检测在线检测213141VVVCVCVVD iiirCCVCeVC eDD11ririCCVDDCVCDDVDV 37E H本振信号12中频