实验八定向耦合器特性测量实验

中国科学技术大学微波与天线实验室定向耦合器特性的测量中国科学技术大学微波与天线实验室2研究定向耦合器的特性；掌握定向耦合器主要特性参数的测量方法。中国科学技术大学微波与天线实验室3定向耦合器的作用及结构◦定向耦合器是微波测量和其它微波系统中的常用元件，是近代扫频反射计的核心部件。◦定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件，通常有波导、同轴线、带状线及微带线等类型。◦定向耦合器包含主线和副线两部分，在主线中传输的微波功率经过小孔或间隙耦合元件，将一部分功率耦合至副线中，由于波的干涉及迭加，使功率仅沿副线的一个方向传输（称为“正方向”），而在另一方向几乎没有（或极少）功率传输（称为“反方向”）。◦常见的波导定向耦合器有波导十字孔定向耦合器和波导小孔定向耦合器中国科学技术大学微波与天线实验室4定向耦合器结构示意图：(a)波导十字孔定向耦合器(b)波导双孔定向耦合器中国科学技术大学微波与天线实验室5定向耦合器的特性参量：◦耦合度、方向性、输入驻波比、带宽范围等。◦耦合度(C)：输入至主线的功率P1与副线中正向传输的功率P3之比称为定向耦合器的耦合度C，也称为过渡衰减。◦方向性(D)：副线中正方向传输的功率与反方向传输的功率之比称为定向耦合器的方向性D。◦隔离度(L)：表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功率之比。)(lg20)(lg103131dBUUdBPPC)(lg20)(lg104343dBUUdBPPD)(lg20)(lg104141dBUUdBPPLCLPPPPPPD314143lg10lg10lg10中国科学技术大学微波与天线实验室6参量的测量方法：◦耦合度的测量方法：一般方法是：首先测量主波导输入端的功率电平，然后将定向耦合器正向接入测量系统(如下图)，测出副波导正向输出端的功率电平，则可根据公式计算出耦合度C。常用方法是：改变精密衰减器的衰减量，使两种情况的检测指示器读数相等，则衰减器的读数差即为定向耦合器的耦合度C。中国科学技术大学微波与天线实验室7参量的测量方法：◦方向性的测量方法：直接衰减法：反向连接定向耦合器，主波导输出端”1”接匹配负载，调整信号源输出，使副波导端“3”输出的检波电流或功率指示读数为某确定的值，读取精密可变衰减器的衰减量。然后正向连接定向耦合器，加大精密可变衰减器的衰减量，直至“3”端输出指示恢复到原来的偏转读数，读取此时精密可变衰减器的衰减量，二次衰减量之差即为待测定向耦合器的方向性。中国科学技术大学微波与天线实验室8参量的测量方法：◦方向性的测量：说明：一个理想的定向耦合器，方向性为无穷大，即功率由主线端“１”输入，则副线仅端“３”有输出，而端“４”无输出；反之，若功率由主线端“２”输入，副线仅端“４”有输出，端“３”无输出。然而实际情况并非如此，即功率由端“１”输入，端“４”还有一定的输出，所以方向性为一有限值。方向性的测量方法的测量精度取决于主波导端“１”所接匹配负载的驻波比。因为反向连接时，到达主波导端“１”的功率如果全部被匹配负载吸收，则副波导输出端的功率就表示定向耦合器的方向性。然而，当匹配负载性能不完善时，它引起的微弱反射功率也将从端“３”输出，因而，端“３”的输出功率是由方向性及负载失配两个因素所决定，将影响方向性的测量。故测量方向性时，主线需用性能良好的匹配负载，在精密测量时可改用滑动匹配负载法。中国科学技术大学微波与天线实验室9实验系统框图：中国科学技术大学微波与天线实验室10调整测试系统：◦调整系统:使信号源工作频率为9370MHz，调整衰减，使信号源输出合适信号。调匹配晶体检波架：在测量线的后面接上晶体检波架，用调匹配的方法与技巧将晶体检波架的驻波比调至S≤1.1；调配过程中要用直接法测驻波比的方法不断测量驻波比的大小，以确定调配时驻波比的变化趋势。定向耦合器的特性测量：◦测量定向耦合器的输入驻波比：在测量线的后面接上定向耦合器，并在定向耦合器的主、副臂两个端口接上匹配负载，然后用直接法测量定向耦合器的输入驻波比。或者分别测量驻波波腹点及波节点的检波电流值来测量驻波比，测量三次，取平均值。◦测量定向耦合器的特性参量：按照实验原理中的原理及方法，分别测量定向耦合器的耦合度、方向性、隔离度。中国科学技术大学微波与天线实验室11测量数据记录：参数次数1口2口3口4口电表读数衰减器刻度衰减量A(dB)1234中国科学技术大学微波与天线实验室12根据测量的数据运用公式或查表求得耦合度、方向性、隔离度等参数。中国科学技术大学微波与天线实验室13定向耦合器的主要指标是什么？怎样区别十字形定向耦合器的“正向”与“反向”？测量耦合度时，可用晶体检波器直接测量输入功率电平及副波导输出功率电平进行计算的方法，也可以用精密可变衰减器替代的方法，试问哪种方法好？为什么？某定向耦合器的方向性D=20dB，问用它可能测量的最小驻波比为多少？如果要测量S1.05的驻波比，则至少应采用多少分贝方向性的定向耦合器？测量耦合度时，若不移动定向耦合器，而将功率检测量器分别连接在主波导及副波导输出端处测量，问测量的结果与按耦合度测量方法中介绍的测量框图所测量的结果有何不同？单定向耦合器法测量待测元件的电压驻波比具有正误差还是负误差？为什么？