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No.1 定向耦合器的技术指标
定向耦合器的技术指标包括：工作频带，插入损耗，耦合度，方向性与隔离度。
工作频带：定向耦合器是一种微波元件，其任何工作特性都与其工作频率相关，只有当工作频率确定下来之后，才能设计出满足工作频带内要求的定向耦合器
插入损耗：主要是指主路输出端与主路输入端的信号功率比值，包括耦合损耗和导体介质的热损耗，当然也包括反射损耗以及某些条件下的辐射损耗。
耦合度：描述耦合输出端口与输入端口信号的比例关系，通常用dB表示，耦合度越大，耦合端口输出功率越小。耦合度的大小由定向耦合器的用途决定，通常3dB定向耦合器可用作信号的等比例分配；40dB以上的耦合器经常用在信号的检测上。
隔离度：描述主路输入端口与耦合支路隔离端口关系，理想情况下，隔离端口无信号输出，隔离度为无穷大；
方向性：描述耦合支路耦合端口和隔离端口的比例关系。方向性=耦合度-隔离度
定向耦合器的指标我们可以根据定向耦合器的基本原理来解释。定向耦合器作为一个四端口网络，其原理图如下图所示。信号输入端口1 的功率为P1，信号输出端口2 的功率为P2，信号耦合端口3的功率为P3，信号隔离端口4的功率为P4.
那么定向耦合器的四大参数可以表示为：
No.2 定向耦合器的分类
我们知道了定向耦合器的基本参数，那么对于常用的定向耦合器，根据其构成可分为集总参数定向耦合器和分布参数定向耦合器；分布参数定向耦合器又可以依据其耦合方式和传输线的组成分成微带定向耦合器，波导定向耦合器等等。
集总参数定向耦合器
集总参数定向耦合器就是由集总参数元器件构成的定向耦合器，也就是由集总参数的电感电容组成的。下图是集总参数组成的分支线定向耦合器。
集总参数定向耦合器其结构简单，可根据电路性质分为低通型（电路a）和高通型（电路b），其设计步骤如下：
1，确定定向耦合器的技术指标，包括耦合系数C，端口阻抗Z0和工作频率f0。
2，将上述指标参数带入下列公式，直接计算，得到k，Z0s和Z0p：
3，根据系统所需要，选用合适的电路模型——高通型/低通型，再套公式：
低通型：
高通型：
最后最好在仿真软件里面再做一下仿真。。。
哦了。。。。。
看示例：
看结果：
分布参数定向耦合器
分布参数定向耦合器就是利用分布参数元器件构成了，简单来说就是用各种传输线来做的一个四端口无源器件。从构成来说可分为分支线型和耦合线型。
分支线型
耦合线型
我们在之前的文章中详细学习过这两种定向耦合器的性质，需要特殊注意的是，分支线的端口3是耦合端口，端口4是隔离端口，而耦合线型刚好相反。从这个角度来说，耦合线型有一个180°反向效应。
3.1 分支线型定向耦合器
下图是常见的一种分支线定向耦合器示意图，由主线，副线和两个耦合分支线构成。主线，副线和分支线即可以有微带线构成，也可以由带状线，同轴线组成。常见的是微带线型的分支线定向耦合器。
所有定向耦合器的定向耦合特性都是由两个或者两个以上的波或者波分量在耦合端口叠加，并在隔离端口相抵消而产生的。对于上图的分支线定向耦合器，分支线的长度和间距都是四分之一波长。
那么我们首先来看一下它的定向性是怎么来的？
我们以上图定向耦合器为例，分别看一下信号在定向耦合器的四个端口个是怎么工作的？
1，假设端口（1）为输入端，信号有两条路径到端口（4），如下图所示。第一条路径的波程为四分之一波长，第二条路径的波程为四分之三波长，波程差为二分之一波长，对应的相位差为180°。相位相反，互相抵消。当两路信号的幅度完全相等时，完全抵消。那么端口（4）就是定向耦合器的隔离端。
2，那么端口（2）呢？似乎路径与端口（4）完全一样，两路信号也是程180°的相位差，互相抵消。那么，当端口（4）为隔离端时，路径A>B的信号幅度远大于路径A>D>C>B过来的信号，那么这个抵消的部分，就是定向耦合器的耦合损耗。端口2把剩余的信号传输过去，这个就是直通端
3，继续看端口（3）。两路信号到达C点的波程长度一样，都是二分之一波长，相互叠加，为耦合端。
耦合端的信号和直通端的信号的波程差为四分之一波长，对应的相位差为90°。这个定向耦合器就是90°定向耦合器。
上面只是定性分析了一下分支线定向耦合器的工作原理。接下来我们对其进行数学分析。看看数学上说不说的过去？分析方法为耦合器常用的“奇偶模分析法”。
为了得到各个端口输出波电压的性质，那么我们假定端口(1)入射波电压V1 =1 ，端口(4)入射波电压 V4=0。
奇模激励下，分支线对称面上的电压等于零，等效为短路。偶模激励下，分支线对称面上的电流为零，等效为开路。此时四端口网络可以转化成两个二端口网络，其中每个二端口网络的端口电压都是奇模激励和偶模激励两种情况下端口电压的叠加。
然后经过一系列等效，得到最终的阻抗关系为：
抄不下去了，这是什么数学？记住下面两个公式得了。（划重点啦）
好了，来个例子玩玩。
试设计一个3dB微带双分支定向耦合器，已知各端口微带线特性阻抗均为50，中心频率为5GHz，介质基板的相对介电常数εr=9.6，基板厚度h=0.8mm。
先算：按照上面圈里面的两个公式，编程算一下：
C=3; %3dB
V3=sqrt(1/(10^(3/10)))
b=1/(sqrt(1-V3^2))
a1=b*V3
a2=a1
Z0=50;
Za1=Z0/a1
Za2=Z0/a2
Zb=Z0/b
最后得到Za1= 50Ohm，Za2= 50Ohm，Zb=35.4Ohm
然后根据微带线的阻抗公式得出：
接下来，带入到仿真软件中看一下结果怎么样吧。
除了单支节分支线定向耦合器，还有多支节定向耦合器，工作带宽相比单支节宽了很多。如下图：
3.2 耦合线定向耦合器
如上图所示，平行耦合线定向耦合器是由两段靠的很近的，相互平行的传输线组成，一段作为信号的主传输线，另一端作为信号的耦合线。这个传输线既可以是微带线，也可以是带状线。大功率，低损耗的耦合线定向耦合器常常由空气腔体耦合带状线构成，如下图所示。
定性分析
上图是一款常见的平行线定向耦合器，其耦合线长度为L。我们假设端口1是射频信号的输入口，端口2，毋庸置疑，就是信号的直通端。那么我们来定性分析一下端口3 和端口4 的射频信号的特性，以确定哪个是耦合端，哪个是隔离端？
我们先回忆一下分支线型定向耦合器的定性分析。我们是利用信号的相位差来确定耦合端和隔离端的。那么看下图，大家知道那个是隔离端口，哪个是耦合端口吗？对于射频工程师，建议记牢这个。
那么对于耦合线型的耦合器，怎么快速判断耦合端口和隔离端口呢？
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