微波工程 - 定向耦合器
定向耦合器是一种用于测量目的的对少量微波功率进行采样的设备。功率测量包括入射功率、反射功率、VSWR 值等。
定向耦合器是一个 4 端口波导接头，由一个主主波导和一个次级辅助波导组成。下图显示了定向耦合器的图像。
定向耦合器用于耦合单向或双向的微波功率。
定向耦合器的特性
理想定向耦合器的特性如下。
所有终端都与端口匹配。
当功率从端口 1 传输到端口 2 时，部分功率会耦合到端口 4，但不会耦合到端口 3。
由于它也是双向耦合器，当功率从端口 2 传输到端口 1 时，部分功率会耦合到端口 3，但不会耦合到端口4.
如果电源通过端口 3 入射，则其中一部分会耦合到端口 2，但不会耦合到端口 1。
如果电源通过端口 4 入射，则其中一部分会耦合到端口 1，但不会耦合到端口 2。
端口 1 和 3 是分离的，端口 2 和端口 4 也是分离的。
理想情况下，端口 3 的输出应为零。然而，实际上，在端口 3 处观察到少量功率，称为反向功率。下图显示了定向耦合器中的功率流。
其中
$P_i$ = 端口 1 处的入射功率
$P_r$ = 端口 2 处的接收功率
$P_f$ = 端口 4 处的前向耦合功率
$P_b$ = 端口 3 处的反向功率
以下是用于定义定向耦合器性能的参数。
耦合系数 (C)
定向耦合器的耦合系数是入射功率与前向功率之比，以 dB 为单位。
$$C = 10 \: log_{10}\frac{P_i}{P_f}dB$$
方向性 (D)
定向耦合器的方向性是前向功率与后向功率之比，以 dB 为单位。
$$D = 10 \: log_{10}\frac{P_f}{P_b}dB$$
隔离度
它定义了定向耦合器的方向性。它是入射功率与反射功率之比，以 dB 为单位。
$$I = 10 \: log_{10}\frac{P_i}{P_b}dB$$
隔离度(单位：dB)= 耦合系数 + 方向性
双孔定向耦合器
这是一个定向耦合器，主波导和辅波导相同，但主波导和辅波导之间有两个共用的小孔。这些小孔相距 ${\lambda_g}/{4}$ 距离，其中 λg 是波导波长。下图显示了双孔定向耦合器的图像。
双孔定向耦合器的设计满足了定向耦合器的理想要求，即避免反向功率。部分功率在端口 1 和端口 2 之间传输时，会通过孔 1 和 2 逸出。
功率的大小取决于孔的尺寸。两个孔的泄漏功率在孔 2 处是同相的，将功率加在一起，形成正向功率 Pf。然而，它在孔 1 处是异相的，相互抵消并防止出现反向功率。
因此，定向耦合器的方向性得到改善。
波导接头
由于波导系统不能总是构建在单个部件中，有时需要连接不同的波导。这种连接必须小心进行，以防止出现诸如 − 反射效应、驻波的产生和增加衰减等问题。
波导接头除了避免不规则之外，还应注意 E 和 H 场模式，不要影响它们。波导接头有很多种类型，例如螺栓法兰、法兰接头、扼流圈接头等。
