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 这期我们接着来谈谈定向耦合器,定向耦合器的基本原理如下图所示:其构造中最主要的就是耦合口和隔离口,基本原理就是从主路耦合过来一小部分信号来做监测和测试或者功率分离,而不会很大地影响信号的主路。简单来说,如果设计合理的定耦,耦合端耦合的功率越少,对整个输入信号的影响程度越小。

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1端口:输入,2端口:输出

3端口:耦合,4端口:隔离

如上图所画,如果30dB的定耦只会耦合0.1%的输入功率到3端口,99.9%的功率都会到主路2端口上(不考虑主线的匹配和线路损耗)。另一个极端例子是3dB的定耦(业内也经常称为3dB电桥)几乎是在端口2和端口3之间平分了功率(这个时候几乎可以等同于一个功分器了)。另外,亲们请注意,通常我们业内熟知的3dB、5dB、10dB都是根据输入端和耦合端的功率差来称呼的。

小贴士:上图由于中间的传输线是1/4波长,所以端口1和4之间,端口2和3之间都有90度的相差哦。

定向耦合器的主要电指标如下:

  1. 耦合度C定向耦合器的耦合度主要是耦合端口3的输出功率P3和输入端口1的输入功率P1的比值,用分贝(dB)表示为:C=10lg(P3/P1)
  2. 隔离度I定向耦合器的隔离度I的定义为隔离端口4的输出功率P4与输入端口1的输入功率P1之比,用分贝(dB)表示为:I=10lg(P4/P1)
  3. 方向性D定向耦合器的方向性D定义为隔离端口4的输出功率P4和耦合端口3的输出功率P3之比,用分贝(dB)表示为:D=10lg(P4/P3)=I-C
  4. 耦合损耗由于定向耦合器输入信号的一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率的减小,它等于主线插入损耗的最小理论值,称为耦合损耗。
  5. VSWR(电压驻波比)

作为无源器件,VSWR肯定是很重要的啦!同样,当然是越低越好哦!

定向耦合器有很多的应用,基本都与功率分离相关。比如:

  • 利用定向耦合器可以获得一部分能量,可用于监测功率、频率和频谱。在雷达系统里的应用,有线电视系统里的应用,基站系统里的应用等等;也可以应用于监测负载端的VSWR,可以从耦合端和隔离端分别取不同的输入和反射信号出来测试VSWR(但此种应用仅限于双向的耦合器)。
  • 利用定向耦合器组成反射计,可测量插入衰减、回波损耗、驻波比等。
  • 移动通信系统里,尤其是室内分布系统,采用大量的定向耦合器,实现系统信号覆盖。
  • 在微波测量功率时,利用定向耦合器扩大测量功率范围,作用类似于衰减器。

小贴士:

1. 虽然和功分器一样都是功率分离元件,但定向耦合器耦合输出端和直通端的分配功率不平均,而功分器一般都是双端口或者多端口输出端口都平分功率。

2. Wilkinson功分器可以做合路器使用,但定向耦合器基本上不作功率合成器件。

3. 功分器一般对输入信号的影响都比较大,耦合度低的定向耦合器却几乎对主路信号没有什么影响。

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