有关定向耦合器参数的定义 微带定向耦合器

定向耦合器是一种四端口网络,
定向耦合器是无源和可逆网络。理论上,定向耦合器是无耗电路,而且其各个端口均应是匹配的。图1(b)定义了定向耦合器各端口的属性。当信号从端口1输入时,大部分信号从端口2直通输出,其中一小部分信号从端口3耦合出来,端口4通常接一个匹配负载。如果要将定向耦合器反过来使用,则端口1和2,端口3和4的属性要互换定义。
定向耦合器可以由同轴、波导、微带和带状线电路构成。通常,定向耦合器用于信号取样以进行测量和监测,信号分配及合成;此外,作为网络分析仪,天线分析仪和通过式(THRULINE)功率计等测试仪器的核心部件,定向耦合器所起的作用是正向和反射信号的取样。定向耦合器的方向性是一项至关重要的指标,尤其是作为信号合成和反射测量应用时。

2. 各项指标的定义
如图1(b)所示,在理想情况下,当信号功率从端口1输入时,输出功率只应出现在端口2和端口3,而端口4是完全隔离的,没有功率输出。但是在实际情况下,总有一些功率会泄漏到端口4。设端口1的输入功率为P1,端口2,3和4的输出功率分别为P2,P3和P4,则定向耦合器的特性可以由耦合度,插入损耗,隔离度和方向性等四项指标来表征,单位均为dB。
请注意在以下的描述中,所有的指标均表示为正数,而在实际应用中,则是用负数来进行各种计算的。
耦合度:
耦合度表示从端口1输入的功率和被耦合到端口3部分的比值,表示为:耦合度(C)=10×log(P1P3)
有关定向耦合器参数的定义 微带定向耦合器
插入损耗:
插入损耗表示从端口1到端口2的能量损耗,表示为:插入损耗(IL)=10×log(P1P2)
请注意端口1的输入功率有一部分功率是被耦合到端口3的,所以应导入一个“耦合损耗”的概念,下面是各种耦合度下的耦合损耗值:
耦合度 耦合损耗
6 dB 1.200 dB
10 dB 0.460 dB
15 dB 0.140 dB
20 dB 0.040 dB
30 dB 0.004 dB
通常所说的从端口1到端口2的插入损耗是传输损耗和耦合损耗之和。在定向耦合器的产品说明中通常会对此加以特别说明。
当定向耦合器用于测试和测量时,选取的耦合度比较小,如20dB或30dB甚至更小;而作为功率合成系统或者信号分配系统应用时,则会采用比较大的耦合度,如3dB,5dB和7dB等。
隔离度:
前面提到,在理想的定向耦合器中,端口4是没有功率输出的,而实际上总会有一些功率从这个端口泄漏出来,这就是隔离度的指标,表示为:隔离度(I)=10×log(P1P4)
方向性:
端口3的输出功率和端口4输出功率之间的比值定义为方向性,表示为:方向性(D)=10×log(P3P4)
需要特别说明的是耦合度,隔离度和方向性之间的关系为:
隔离度(I)=耦合度(C)+方向性(D)
耦合度是一项设计指标,是根据使用要求而选定的,通常为6,10,20和30dB,这样隔离度指标也随之而变化;而方向性则是一个常数。
在大部分定向耦合器的指标中,通常只标出方向性指标,隔离度指标可以根据耦合度计算出来。如:
耦合度(C)=30dB,
方向性(D)=————25dB,
则隔离度(I)=30+25=55(dB)

  

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