发掘定向耦合器的功率监测和调节作用 - 技术指标和结构形式

定向耦合器是一种具有方向性的功率耦合（分配）元件，可以利用耦合出的功率进行监测或功率的调节。例如，在测量仪器中用它测量振荡器的功率、负载吸收的功率和反射系数。另外，还可把它用作频率稳定装置、激励器和衰减器等。它是一个四端口元件，由称为主传输线（主线）和副传输线（副线）的两段传输线组合而成的。主、副线之间通过耦合机构（例如缝隙、孔、耦合线段等）把主线功率的一部分（或全部）耦合到副线中去，而且要求功率在副线中只传向某一输出端口，另一端口则无输出。如果主线中波的传播方向与原来的相反，则副线中功率的输出端口与无功率输出的端口，也随之改变。从物理概念上讲，就是利用耦合到副线中的波彼此之间的叠加，使其在一个方向传输的波相叠加（加强），而在相反方向传输的波相互削弱（减少），这样，就使波的传输具有方向性，即是说，功率的耦合（分配）是有方向性的，因此称为定向耦合器。

波导、同轴线、平行耦合线、带状线和微带线等，都可以构成定向耦合器。定向耦合器的具体结构形式很多，举不胜举。为了对它有一初步印象，在图6.6-1 中给出了三种不同类型定向耦合器的结构示意图和工作原理示意图。为了描述定向耦合器的特性，可利用图6.6-1（d）所示的工作原理示意图，即用一个四端口网络来表示定向耦合器。端口①到端口②表示主线，端口③到端口④表示副线。设由端口①输入幅度为1 的电压波，其余端口均接匹配负载。端口②、端口③和端口④的电压传输系数分别用S21、S31和S41表示，并设端口③有功率输出（耦合端）、端口④无输出（隔离端）。这样，就可定义出定向耦合器的技术指标如下。

图6.6-1 定向耦合器

（a）矩形波导定向耦合器；（b）同轴线定向耦合器；（c）耦合微带线定向耦合器；（d）定向耦合器原理示意图
1—耦合缝隙；2—匹配负载

耦合度C（或称过渡衰减）：主线中端口①的输入功率与耦合到副线中正方向（端口③）的功率之比的对数，即

方向性系数D：在副线中传向正方向（端口③）的功率与传向反方向（端口④）的功率之比的对数，即(www.zuozong.com)

隔离度I：主线中端口①的输入功率与副线中向反方向（端口④）传输的功率之比的对数，即

输入驻波比S：当端口②、端口③和端口④均接匹配负载时，端口①的输入驻波比。

工作频带：能满足C、D、I 和S 各项技术指标要求的工作频率范围。

需要说明的是，以上所述是同向定向耦合器，即副线中耦合端口功率传输的方向与主线中功率传输的方向相同；反之，则称为反向定向耦合器。

如上所述，定向耦合器的具体结构形式很多，这里只介绍其中的几种，而且只讨论耦合度C 和方向性系数D，其余技术指标不予讨论。