耦合器及端口输出功率计算方法

耦合器及端口输出功率计算方法耦合器定向耦合器内部结构、工作原理及应用定向耦合器常用于对规定流向波信号进行取样，在无内负载时，定向耦合器往往是一四端口网络定向耦合器常有两种方法实现，一为耦合定向耦合附其耦合区长度为四分之一波长的整数倍，其直接输出和耦合输出端口在结构上不相邻，输出相位差往往是90度或180度参数说明耦合度当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比于主线插入损耗的理论值，生线插入损耗的最小理论值与耦合度的关系如下耦合度主线理论损耗3dB

3.0dB6dB

1.26dBlOdB

0.46dB15dB

0.14dB20dB

0.04dB30dB

0.004dB主线损耗，当匹配负载接主线外各端口时，在传输系统中由于耦合器的插入而引起的负载获得功率的变化，主线插入损耗包M羯合损耗和端口反射损耗方向性当功率在指定方向上传输忖，耦合端口的输出功率与同样的功率在相反方向传输时同一耦合端口的输出功率之差，对双向定向耦合器而言，定义为两个耦合端输出功率之差双向定向耦合器।也叫做四潴口耦合器二二有内省或打带合-二允许对主线上双向传输信号能量遂行取样u二:力M论芟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1b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23和4的输出功率分别为P2P3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）=l0X1og（P1P3）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）=10Xlog（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6dB

1.20010dB

0.460dB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3dB5dB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）=10Xlog（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）=l0X1og（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61020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

（1）=30+25=55（dB）二耦合端口和直通端口输出功率计算方法耦合器参数如下:耦合度二10LgPo/Pin=T5dB带入Pin=1W计算各种指标时以W为单位计算，不以dBm为单位计算，计算结果Po=

0.03W15dBm所以，耦合端口输出功率PodBm=Pin30dBm-15耦合度直通端口输出功率=Pin30dBm-主通道损耗

0.4dB=

29.6dBm注意由直通端口输出功率和耦合端口输出功率推导输入功率时，不能是直通端口输出功率dBm+耦合端口输出功率dBm而是直通端口输出功率W+耦合端口输出功率W功分器功分器的内部结构、工作原理及应用功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合戌一族输出，此时也可称为合汴簿，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度功分器通常备为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与理离电阻的选择，具有很宽的频带特性参数说明插入损耗器件直通损耗，其计算公式为所有的路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得理想分配损耗dB=101og1N;er2/774/archives/2005/

685.shtinl页码，3/5N为功分器路数N=

33.0dBN=

34.8dBN

76.0dBN=

89.0dBN=

1612.0dB输出功率（dBm）=输入功率30dBm-

3.3=

26.7dBm功率耦合器的原理和应用耦合器的重要指标是耦合度和插损耦合度是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值耦合度的绝对值越大，相当于拿走的东西越少，自然耦合器的损耗就越小插损是输出端口与输入端口的功率之比耦合度的绝对值越大，插损的绝对值越小如图所示

①口为输入臂，即提供输入功率给输入端口通过藕合，一部分功率传输到端口

③（藕合端口）而其余的功率由

①端口直接传输到

②端口，

②端口被称为直通端口在理想定向藕合器中没有功率传输到

④端口（隔离端口）定向耦合器的技术指标

（1）耦合度副波导正向端口（P4）的输出功率与主波导输入端口（P1）的输入功率之间比值的分贝数称之为定向耦合器的耦合度

（2）方向性在波导定向耦合器中，副波导正向传输功率与反向传输功率比值的分贝数表征了耦合器的方向性方向性是衡量定向耦合器中副波导内能量定向传输的标准，由于P4P3因此，d的值越大则耦合器的方向性越好

2、频带宽度方向性、藕合度、隔离度和电压驻波比在满足指标时定向耦合器工作的频率范围

3、插入损耗是指定向藕合器输入功率对输出功率以分贝表示的比值它表明该器件对信号功率的衰减程度对于弱祸合的定向祸合器来说插入损耗可以忽略不计

4、回波损耗当激励从定向祸合器的任意一个端口输入其他端口接匹配负载时被测端口反射输出功率与输入功率的比值取分贝

5、输入电压驻波比定向祸合器的直通臂、隔离臂和祸合臂接匹配负载时在输入端口测得的电压驻波比它反应了输入端的反射大小为了描述传输链路中驻波的大小，引入驻波参数电磁波在传输链路上进行传输，传输链路上存在许多波腹点与波节点，相邻的波腹点与波节点电压之比就被定义为驻波系数驻波比表征了耦合器在输入端口反射能量的大小，在设计中希望输入驻波比的值为lo在进行波导定向耦合器设计时，必须考虑耦合结构对耦合器驻波特性的影响定向耦合器的应用

1、定向耦合器用于功率合成系统；

2、定向耦合器进行发射机信号的取样和监测；

3、定向耦合器作为反射功率计；

4、采用定向耦合器实现系统信号覆盖；

5、在微波测量功率时，利用定向耦合器扩大测量功率范围，作为类似于衰减器6dB耦合器HXCP2-0800-2500-06-200N主通道

1.3dB耦合通道6dB10dB耦合器HXCP2-0800-2500-10-200N主通道

0.6dB二功分器HXPD2-0800-2500-2-200N

3.3dB三功分器HXPD2-0800-2500-3-200N

5.3dB以二功分器为例输入功率1W（3OdBm）四功分器HXPD2-0800-2500-4-200N

6.6dB。