《波導(dǎo)定向耦合器》PPT課件

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1、定向耦合器研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟊緦?shí)驗(yàn)要求學(xué)會(huì)測(cè)量定向耦合器的主要參數(shù)：分貝耦合度C,定向性D和輸入駐波比ρ.同時(shí)從理論上了解幾種實(shí)際的定向性概念，以及與定向性有關(guān)的一些因素。二、實(shí)驗(yàn)原理1，定向耦合器的主要參數(shù)圖22－1表示一波導(dǎo)定向耦合器。它共有四個(gè)端口。1一2代表主波導(dǎo)通道，3一4代表副波導(dǎo)通道。定向耦合器的主要特性表現(xiàn)在從1端口輸入的主波導(dǎo)功率除直接由2端口輸出，還可以通過(guò)孔耦臺(tái)由3端口輸出。由于高定向性，4端口幾乎沒(méi)有功率輸出。同樣，如果由2端口輸入則可耦合至4端口，但幾乎與3端口隔離。常用的定向耦合器一般在4端口接有良好匹配的負(fù)載Гl，于是真正

2、對(duì)外工作的端口便只有三個(gè)。如果在端口1輸入時(shí)，這時(shí)稱定向耦合器為正向運(yùn)用；反之，若端口2輸入時(shí)，則稱之為反向運(yùn)用。定向耦合器的基本參數(shù)有三個(gè)：分貝耦合度C,定向性D和輸入駐波比p。這三個(gè)參數(shù)都有一定的頻帶指標(biāo)。（1）分貝耦合度C定義在各端口匹配情況下，端口1的輸入功率P1和端口3的耦合功率P3之比再取101og即請(qǐng)注意這里定義的分貝耦合度大于odB,數(shù)字愈大則意味著耦合愈松，即進(jìn)入端口3的功率愈少。實(shí)用中，最緊的耦合為3dB，否則只需要將主波導(dǎo)輸出臂作耦合臂即可。（2）定向性D在一般文獻(xiàn)中，對(duì)定向性的定義論述得不夠嚴(yán)謹(jǐn)、深入。本講義將提出三種不同的定向往定

3、義，供實(shí)用時(shí)參考。第一種，稱為理論定向性定義Dr它定義為在各端口均接匹配負(fù)載時(shí)，端口1輸入功率情況下，端口3的耦合功率P3與端口4的耦合功率P4之比，再取101og。即在理想定向耦合器中，定向性應(yīng)為無(wú)窮大。我們注意到對(duì)于實(shí)際的定向耦合器，由于端日4接有負(fù)載，因此（22一2）式定義的定向性往往無(wú)法加以實(shí)測(cè)。為了解決這一矛盾，我們引出另一種定向性定義。第二種，稱為測(cè)量定向性定義Dm它定義為：在各端口匹配情況下，端口1輸入時(shí)，端口3的耦合功率和端口2輸入時(shí)端口3的耦合功率之比，再取10log,即具體參見圖22-2。很顯然，測(cè)量定向性Dm定義是在端口4所接負(fù)載＝0

4、，即全匹配情況下取得的.大家知道，實(shí)際上任何定向耦合器不管其做得如何理想，其端口4的負(fù)載不可能為零。所以又引出另一種定向性定義。第三種，稱為實(shí)際器件的定向性.它定義為在定向耦合器端口4接有情況下，器件對(duì)外顯示為三端口網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)的模之比，再取201og，即需要特別注意的（22一4）式不計(jì)（22一3）式盡管形式相同，但含義卻是根本不同的。（22一4）式的參數(shù)是有耗三端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)，而（22一3）式則是無(wú)耗四端口網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)。導(dǎo)出了Dp的關(guān)系為：式中如果網(wǎng)絡(luò)的端口1和端口2互相對(duì)稱；端口3和端口4互相對(duì)稱，則存在對(duì)稱算子根據(jù)對(duì)稱算子【F】的性質(zhì)，

5、有可知在這一條件下,（22一2）式和（22一0）式完全相等。也就是說(shuō)：在對(duì)稱定向耦合器條件下，理論定向性Dr和測(cè)量定向性Dm相等。至于Dm和Dp的關(guān)系則更為明顯：在端口4所接負(fù)載＝0的條件下Dm和Dr相同。很自然還能進(jìn)一步推論：若對(duì)稱定向耦合器在端口4所接負(fù)載＝0，則理論定向性Dr和實(shí)際器件定向性相同。實(shí)用上，由于端口3一般為彎口波導(dǎo)，且0，所以Dr、Dm、Dp，三者是不同的。而要衡量定向耦合器性能的，恰好就是實(shí)際器件的定向性Dp，這正是我們所要測(cè)量的（3）輸入駐波比p它定義在各端口匹配條件下，輸入端口1的駐波比p為輸入駐波比，見圖22-3所示。顯然有實(shí)際

6、上，由于0，所以嚴(yán)格說(shuō)來(lái)（22一9）式中的是端口4接了的有耗三端口網(wǎng)絡(luò)的，它與原四端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)的關(guān)系已由附錄4-1給出由于是原四端口網(wǎng)絡(luò)的，顯見兩者在0情況下不相等，但實(shí)際上由于隔離度較大，即上式中0，因此2，測(cè)量基本原理（1）分貝耦合度C的測(cè)量分貝耪合度C的測(cè)量系統(tǒng)見圖22－4所示。采用衰減法可知C＝A1－A2(22-12)我們注意到，在一般情況下，端接負(fù)載不完全匹配對(duì)分貝耦合度C的測(cè)量影響很小。有些文獻(xiàn)喜歡用電壓耦合系數(shù)，它們之間關(guān)系是（2）實(shí)際器件定向性Dp的測(cè)量圖22-5表示實(shí)際器件定向性的測(cè)試系統(tǒng)。與分貝耦合度不同，這里主波導(dǎo)終端所接的是滑動(dòng)匹

7、配負(fù)載。在正向運(yùn)用時(shí)，滑動(dòng)匹配負(fù)載對(duì)P0毫無(wú)影響；而在反向運(yùn)用時(shí)，滑運(yùn)匹配負(fù)載的不同位置，對(duì)P0影響很大，為了保持P0不變，即衰減器可能在某一范圍內(nèi)變化，從變化到。顯然這時(shí)所測(cè)的，定向性Dp也有一個(gè)范圍，即(3)輸入駐波比的測(cè)量輸入駐波比，采用下圖測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)很小時(shí)，也可采用滑動(dòng)負(fù)載法三，實(shí)驗(yàn)線路和儀器四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)主要測(cè)定定向耦合器三個(gè)參數(shù)：分貝耦合度C，實(shí)際器件定向性Dp和輸入駐波比。1.連接好微波系統(tǒng)，調(diào)諧探針，調(diào)配信號(hào)源，測(cè)定電源工作頻率f。2．調(diào)配功率計(jì)，使等效盡量小。3，按圖22一4系統(tǒng)測(cè)定分貝耦合度C。C＝4．按圖22一5的系統(tǒng)測(cè)定實(shí)際器

8、件的定向性Dp。根據(jù)

9、Dp

10、和

11、

12、大小判別進(jìn)行計(jì)算。在我們的情況下