射频电路14-定向耦合器20141030

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1、射频电路RFCircuits第14讲定向耦合器褚庆昕华南理工大学电子与信息学院天线与射频技术研究所Email:qxchu@scut.edu.cnResearchInstituteofAntennas&RFTechniques第14讲内容引言理想定向耦合器的特性平行耦合线定向耦合器分支线定向耦合器波导定向耦合器混合环SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniques14.1引言定向耦合器是一种功率有方向性耦合的器件，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

2、分配系统等。定向耦合器的种类繁多。SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniques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)。当信号从输入端输入时，一部分功率直接从直通端输出，还有一部分功率耦合到耦合端输出，但不会从隔离端输出。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”。SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAnte

3、nnas&RFTechniques(4)(3)(3)(4)(1)(2)(1)(2)(a)(b)同向定向耦合器反向定向耦合器SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniques除了所有器件都有的一些指标外，如电压驻波比、工作带宽等，定向耦合器的主要技术指标有耦合度、方向性和隔离度。设输入功率为P1，直通端、耦合端和隔离端匹配时的输出功率分别为P2,P3,P4.耦合度C定义2Pa111CS10lg10lg10lg20lg231PbS3331方向性D定义PS331D10l

4、g20lgPS441SouthChinaUniversityofTechnology理想情况下PD0,4ResearchInstituteofAntennas&RFTechniques隔离度I定义P1IS10lg20lg41P4理想情况下PI0,4显然PP1113I10lg10lg20lg20lgCDPPSS343141实际上，方向性和隔离度同属表征定向SouthChinaUniversityofTechnology耦合器定向性的指标，故而取其一就够了。ResearchInstituteofAntennas&RFTechniques14.2理想

5、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S12S21S34S430S12S13S14S13S31S24S42S120S14S13[]SS14S41S23S23S13S140S12SSSS0SSS011223344141312利用无耗网路S矩阵的幺正性SouthChinaUniversityofTechnology[][][1]SSResearchInstituteofAntennas&RFTechniques可得

6、S

7、2

8、S

9、2

10、

11、S

12、21121314**SSSS013141413**SS1214SS14120**SS1213SS13120可见，S12、S13和S14中必然有一个为零，由于端口2为直通端口，故S12不为零。设S14＝0（正向定向耦合器），则22

13、SS

14、

15、

16、11213**SSSS012131312eejj(1213)(1213)2cos()0SouthChinaUniversityofTechnology12130901213ResearchInstituteofAntennas&RFTechniques

17、设S13＝0（反向定向耦合器），则

18、SS

19、22

20、

21、11214**SSSS012141412eejj(1214)(1214)2cos()012140901214得证。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（能量守恒）。理想定向耦合器直通端与耦合端相差90度。SouthChinaUniversityofTechnologyResearchInstituteofAntennas&RFTechniques14.3平行耦合线定向耦