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三、 平行耦合线定向耦合器 平行耦合线定向耦合器是TEM波传输线定向耦合器的一种主要形式。这种平行耦合线定向耦合器通常用微带线或带状线来实现。 平行耦合线定向耦合器 耦合带状线定向耦合器的横截面如图，主、副线的中心导带均放置在两块平行接地板之间。 奇、偶模二端口网络的归一化转移参量如下 可求得相应的?e 、Te及?o 、To的表达式： 各端口输出电压与耦合线参量之间的关系为 由以上分析可得到以下几点结论： (1)不论耦合区电长度? 为何值，要获得理想匹配及理想隔离特性，必须满足条件： 或 (2）耦合端口3的输出电压及直通端口2的输出电压，都是频率的函数。当工作在中心频率时，? = ?/2，这时耦合端输出为最大 ，且与 同相，即 令上式中 k称为中心频率的电压耦合系数。 （3）不论?为何值，耦合端输出电压的相位比直通端输出电压的相位超前?/2。当? = ?/2时，定向耦合器的耦合度由下式确定： 一旦给定中心频率时的耦合度C(dB)，便可由解得 耦合带状线奇、偶模特性阻抗分别为 由 当电长度? = ?/2时，耦合器各端口输出的电压可由简化为 平行耦合线定向耦合器的等效四端口网络具有可逆、无耗、对称的特性，由此可写出网络的散射参量矩阵[S]为 对于耦合微带线定向耦合器，由于耦合微带线的奇偶模相速不相等，即，导致定向性变坏。为了提高方向性，可采用如下图中(a)和(b)两种形式，来提高定向性。其中图(a)为锯齿形定向耦合器，由于耦合缝隙采用锯齿形可增加奇模电容、降低奇模相速，从而提高方向性。图(b)为介质覆盖定向耦合器，在耦合区带线的上方再覆盖一块与基片材料相同的介质块，块的厚度大致与基片厚度相等，以减小奇、偶模相速的差异，从而提高定向性。 ? 单节耦合线定向耦合器的频带比较窄，为了增宽频带可采用多节定向耦合器相级联，如下图 (a)所示。平行耦合线定向耦合器的耦合强弱与两线间距有关，间距愈小，耦合愈强。但耦合太强，工艺上又无法实现，因此常采用两只弱耦合定向耦合器相串接的办法得到强耦合定向耦合器。图 (b)为两只8.34dB的定向耦合器串接即可得到一只3dB定向耦合器。 ? 四、分支定向耦合器 分支定向耦合器是由两根平行的主传输线和若干耦合分支线组成。分支线的长度及相邻分支线之间的距离均为?p0/4。这种分支定向耦合器可以用矩形波导、同轴线、带状线和微带线来实现。 波导型分支定向耦合器是由E-T分支构成，根据E-T分支的性质，分支线是串联在主线上的，因此是串联结构；而同轴型、带状型和微带型分支是与主线相并联的，因此是并联结构。 上图表示微带型双分支定向耦合器的结构示意图，它可等效为一个四端口网络。它是一个对称、可逆、无耗的四端口网络。 ? 双分支定向耦合器的工作原理 这种定向耦合器是通过两个耦合波的路程差引起的相位差来达到定向的。当信号由1端口输入时，经过A点分A?B?C和A?D?C两路到达C点，由于两路路程相同，故两路在C点同相相加，使3端口有输出；1端口的输入信号经过A点分A?D和A?B?C?D两路到达D点，由于两路的路程差为?p0/2，即相位差为?，故两路信号在D点相抵消，使4端口无输出。故这种定向耦合器称为同向定向耦合器，由于2和3端口输出信号的相位差为90?，故又称为90?同向定向耦合器。 （一） （二)双分支定向耦合器的特性分析 双分支定向耦合器是一个四端口网络，左右对称的双分支定向耦合器各线段的归一化导纳的设计公式 5-7 微带功分器 定向耦合器的结构较复杂，成本也较高，在单纯进行功率分配的情况下，用得并不多，通常用功分器来完成。大功率微波功分器采用波导或同轴线结构，中小功率则采用带状线或微带线结构。 右图是微带三端口功分器原理图。信号由1端口(所接传输线的特性阻抗为Z0)输入，分别经过特性阻抗为Z02、Z03的两段微带线从2和3端口输出，负载电阻分别为R2及R3。两段传输线在中心频率时电长度均为? = ?/2，它们之间没有耦合。 微带三端口功分器原理图 功分器应满足下列条件： 2端口与3端口的输出功率比可为任意指定值； 1端口无反射； 2端口与3端口的输出电压等幅、同相。 由于2端口、3端口的输出功率与输出电压的关系分别为 如由条件(1)要求输出功率比为 则 按条件(3)，由上式可得 若取 ，则 由条件(2)，即1端口无反射，所以要求由Zin2与Zin3并联而成的总输入阻抗等于Z0。由于在中心频率? = ?/2，Zin2= Z022/R2 ，Zin3= Z032/R3为纯电阻，则 如以输入电阻表示功率比，则 可解得 5-8 波导匹配双