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分析和总结波导十字耦合器

郑聪艺1

（南京航空航天大学，江苏省南京市210000）

摘要：定向耦合元件是微波系统中应用最广泛的元件，可用于监测功率、

频率和频谱，测量馈线系统和元件的反射系数、插入衰减等，可用作衰减器、功率

分配器，这类元件一般都在两个端口以上，因此通常用多端口的网络理论进行分

析。本文主要先对定向耦合器进行分析，进而对波导十字耦合器进行深入的分析及

总结。

关键词：定向耦合器；波导；双十字槽孔耦合器；

引言

定向耦合器的种类和形式很多，结构上差异较大，工作原理也不尽相同，因

此可以从不同的角度对其进行分类。其中根据传输线的类型来分类有：波导型、同

轴线型、带状线与微带线型等；若按耦合方式或者耦合输入的相位分类等，还可分

成很多类型的定向耦合器，此处便不一一列举。波导十字耦合器属于波导型的，众

所周知,在微波系统的设计中,常需要低过渡衰减的紧凑的波导定向藕合器,而不需

要很高的方向性,“+”字型槽交叉波导定向藕合器具有结构紧凑、方向性高、频带

宽、过渡衰减几为恒定等优点。但其过度衰减也大，导致在实际应用中较难利用。

1定向耦合器的基本理论

1.1技术指标

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如图2-1所示，1、2为主线，3、4为辅线。信号由1端口输入，输入功

率1P，2为直通端，输出功率2P，3为耦合端，输出功率3P，4为隔离端，

在理想情况应该没有输出，但实际是有一小部分功率耦合的这个端口的，输出功率

4P。

(1)耦合度(过渡衰减)C

定义为输入端的输入功率P1与耦合输出端的输出功P3之比，通常用分贝表

示，

(2)方向性D

定义方向性为辅传输线中耦合端和隔离端输出功率之比的分贝数，即

对定向耦合器来说方向性越高越好，上式表明D越大，耦合器的反向传输功

率就越小，方向性就越好。理想情况下，P4=0，D趋于无穷。在实际应用中，我

们一般对定向耦合器提出一个最低的方向性要求，称为最小方向性系数minD。

（3）隔离度I

图2-1所示的耦合器示意图中，由1端口输入功率时，端口4在理想情况

下应该没有输出，因此称之为隔离端口，但是实际上仍有一小部分功率耦合到隔离

端口。通常我们将输入端口的输入功率P1跟隔离端口的输出功率P4之比的分贝

数定义为隔离度，即

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从以上三个指标的公式中可以看出，隔离度与方向性、耦合度的关系为

方向性和隔离度都是描述定向耦合器定向性能的指标，由于方向性就等于隔

离度减去耦合度，通常我们只说方向性，而很少说隔离度。

（4）输入驻波比（VSWR）

定义在除了输入端口之外的其他端口均接匹配负载的情况下，在输入端口测

量到的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。因为此时网络输入端的反射系数即为

网络的散射参量S11。所以

（5）工作频带宽度

能够满足定向耦合器各项技术指标的频率范围即为工作频带宽度，简称带

宽。通常情况下一节定向耦合器的带宽是比较窄的，而多节定向耦合器通过级联可

以大大加宽带宽。定向耦合器的节数还要由允许的插入损耗、要求的体积范围以及

对带宽的要求而定。

1.2定向耦