定向耦合器ppt课件.ppt

定向耦合器研究一 实验目的和要求本实验要求学会测量定向耦合器的主要参数 分贝耦合度C 定向性D和输入驻波比 同时从理论上了解几种实际的定向性概念 以及与定向性有关的一些因素 二 实验原理1 定向耦合器的主要参数图22 1表示一波导定向耦合器 它共有四个端口 1一2代表主波导通道 3一4代表副波导通道 定向耦合器的主要特性表现在从1端口输入的主波导功率除直接由2端口输出 还可以通过孔耦台由3端口输出 由于高定向性 4端口几乎没有功率输出 同样 如果由2端口输入则可耦合至4端口 但几乎与3端口隔离 常用的定向耦合器一般在4端口接有良好匹配的负载 l 于是真正对外工作的端口便只有三个 如果在端口1输入时 这时称定向耦合器为正向运用 反之 若端口2输入时 则称之为反向运用 1 定向耦合器的基本参数有三个 分贝耦合度C 定向性D和输入驻波比p 这三个参数都有一定的频带指标 1 分贝耦合度C定义在各端口匹配情况下 端口1的输入功率P1和端口3的耦合功率P3之比再取101og即 请注意这里定义的分贝耦合度大于odB 数字愈大则意味着耦合愈松 即进入端口3的功率愈少 实用中 最紧的耦合为3dB 否则只需要将主波导输出臂作耦合臂即可 2 定向性D在一般文献中 对定向性的定义论述得不够严谨 深入 本讲义将提出三种不同的定向往定义 供实用时参考 第一种 称为理论定向性定义Dr它定义为在各端口均接匹配负载时 端口1输入功率情况下 端口3的耦合功率P3与端口4的耦合功率P4之比 再取101og 即 2 在理想定向耦合器中 定向性应为无穷大 我们注意到对于实际的定向耦合器 由于端日4接有负载 因此 22一2 式定义的定向性往往无法加以实测 为了解决这一矛盾 我们引出另一种定向性定义 第二种 称为测量定向性定义Dm它定义为 在各端口匹配情况下 端口1输入时 端口3的耦合功率和端口2输入时端口3的耦合功率之比 再取10log 即 具体参见图22 2 很显然 测量定向性Dm定义是在端口4所接负载 0 即全匹配情况下取得的 大家知道 实际上任何定向耦合器不管其做得如何理想 其端口4的负载不可能为零 所以又引出另一种定向性定义 3 第三种 称为实际器件的定向性 它定义为在定向耦合器端口4接有情况下 器件对外显示为三端口网络 这个三端口网络的模之比 再取201og 即 需要特别注意的 22一4 式不计 22一3 式尽管形式相同 但含义却是根本不同的 22一4 式的参数是有耗三端口网络的散射参数 而 22一3 式则是无耗四端口网络的散射参数 导出了Dp的关系为 式中 4 如果网络的端口1和端口2互相对称 端口3和端口4互相对称 则存在对称算子 根据对称算子 F 的性质 有 可知 在这一条件下 22一2 式和 22一0 式完全相等 也就是说 在对称定向耦合器条件下 理论定向性Dr和测量定向性Dm相等 至于Dm和Dp的关系则更为明显 在端口4所接负载 0的条件下Dm和Dr相同 很自然还能进一步推论 若对称定向耦合器在端口4所接负载 0 则理论定向性Dr和实际器件定向性相同 实用上 由于端口3一般为弯口波导 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 恰好就是实际器件的定向性Dp 这正是我们所要测量的 5 3 输入驻波比p它定义在各端口匹配条件下 输入端口1的驻波比p为输入驻波比 见图22 3所示 显然有 实际上 由于0 所以严格说来 22一9 式中的是端口4接了的有耗三端口网络的 它与原四端口网络S参数的关系已由附录4 1给出 由于是原四端口网络的 显见两者在0情况下不相等 但实际上由于隔离度较大 即上式中0 因此 6 2 测量基本原理 1 分贝耦合度C的测量分贝耪合度C的测量系统见图22 4所示 采用衰减法可知 C A1 A2 22 12 我们注意到 在一般情况下 端接负载不完全匹配对分贝耦合度C的测量影响很小 有些文献喜欢用电压耦合系数 它们之间关系是 7 2 实际器件定向性Dp的测量图22 5表示实际器件定向性的测试系统 与分贝耦合度不同 这里主波导终端所接的是滑动匹配负载 在正向运用时 滑动匹配负载对P0毫无影响 而在反向运用时 滑运匹配负载的不同位置 对P0影响很大 为了保持P0不变 即衰减器可能在某一范围内变化 从变化到 显然这时所测的 定向性Dp也有一个范围 即 8 3 输入驻波比的测量输入驻波比 采用下图测试系统 当很小时 也可采用滑动负载法 9 三 实验线路和仪器 10 四 实验步骤本实验主要测定定向耦合器三个参数 分贝耦合度C 实际器件定向性Dp和输入驻波比 1 连接好微波系统 调谐探针 调配信号源 测定电源工作频率f 2 调