耦合装置的耦合方式有许多种, 一般有孔、分支线、耦合线等, 形成不同的定向耦合器。
首先介绍定向耦合器的性能指标, 然后介绍波导双孔定向耦合器、双分支定向耦合器和平行耦合微带定向耦合器。
1)定向耦合器的性能指标
定向耦合器是四端口网络, 端口“①”为输入端, 端口“②”为直通输出端, 端口“③”为耦合输出端, 端口“④”为隔离端, 并设其散射矩阵为[S]。描述定向耦合器的性能指标有: 耦合度、隔离度、 定向度、输入驻波比和工作带宽。下面分别加以介绍。
图5-13 定向耦合器的原理图
(2)隔离度?
输入端“①”的输入功率P1和隔离端“④”的输出功率P4之比定义为隔离度,记作I。
(3)定向度?
耦合端“③”的输出功率P3与隔离端“④”的输出功率P4之比定义为定向度,记作D。
(4) 输入驻波比?
端口“②、 ③、 ④”都接匹配负载时的输入端口“①”的驻波比定义为输入驻波比,记作ρ。
(5)工作带宽?
工作带宽是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 ρ等参数均满足要求时的工作频率范围。
2)波导双孔定向耦合器?
波导双孔定向耦合器是最简单的波导定向耦合器, 主、副波导通过其公共窄壁上两个相距d=(2n+1)λg0/4 的小孔实现耦合其中,λg0是中心频率所对应的波导波长, n为正整数, 一般取n=0。耦合孔一般是圆形, 也可以是其它形状。定向耦合器的结构如图 5 - 14(a)所示, 下面简单介绍其工作原理。 ?
根据耦合器的耦合机理, 画出如图 5 - 14(b)所示的原理图。 设端口“①”入射TE10波(u+1=1), 第一个小孔耦合到副波导中的归一化出射波为
和
, q为小孔耦合系数。假设小孔很小, 到达第二个小孔的电磁波能量不变, 只是引起相位差(βd), 第二个小孔处耦合到副波导处的归一化出射波分别为
和
在副波导输出端口“③”合成的归一化出射波为
5-14波导双孔定向耦合器
副波导输出端口“④”合成的归一化出射波为
由此可得波导双孔定向耦合器的耦合度为
小圆孔耦合的耦合系数为
式中, a、b分别为矩形波导的宽边和窄边;r为小孔的半径;β是TE10模的相移常数。而波导双孔定向耦合器的定向度为
当工作在中心频率时