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射频偶合器原理

http://ouqiao.blog.bokee.net    2009-3-31

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定向耦合器特性的测量及应用

一.实验目的:研究定向耦合器的特性
二.实验原理:定向耦合器是一种有方向性的微波功率分配器件,下图示出两种波导定向耦合器.


(a)波导十字孔定向耦合器 (b)波导双孔定向耦合器 三.定向耦合器特性参量主要是:
①耦合度
1.耦合度(过渡衰减) 及其测量 C = 10log(P1/P3) (dB) = 20log(U1/U3) (dB)
式中P1, U1分别为主线输入端的功率及电压; P3, U3 分别为副线正方向传输的功率及电压.

②方向性
2.方向性及其测量 D = 10log(P3/P4) (dB) = 20log(U3/U4) (dB)
有时,反映定向程度的指标也用隔离度来表示.隔离度表示输入至主线的功率与副线反方向传输的功率之比,
即D’ = 10log(P1/P4) (dB) = 20log(U1/U4) (dB)
根据以上定义可知
D �Z�Vian>= 10log(P3/P4) = 10log(P1/P) - 10log(P/P3# = D’ - EC
故定向耦合器的方向性等于隔离度与耦合度之差.
一个理想的耦合器,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,而端“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.
③输入驻波比
④带宽范围
3.用定向耦合器测量电压驻波比

前述实验均采用驻波测量线测量元件的驻波比.本实验将采用定向耦 •合器来测量元件的驻波比,这也就是单定向耦合器反射计的工作原理.根据关系式
ρ=(1+│Γ│)/ (1-│Γ│), │Γ│= │E-│/ │E+│
可知,欲测量一个元件的驻波比,只需分别测量入射波和反射波的电场幅度,而利用定向耦合器即能将入射波和反射波分离出来.参照上图,定向耦合器反向接入测量系统,先在其主线输入端待测微波元件,则副波导输出端指示器读数即为反射波参考电平IL,在以全反射短路 •器代替待测元件,副波导指示器读数IS,即为入射波参考电平,因而反射系数
│Γ│ = n √IL/IS
然而上述方法必须知道晶体检波律,给测量带来麻烦.通常改测“回波损失“再加以换算.采用精密可变衰减器,分别测出定向耦合器主线输出端接待测元件和短路器时,副线输出端有相同指示读数的精密衰减器读数AL,AS,则待测元件“回波损失” L= AS -AL(dB) ,而反射系数与“回波损失” 有下列关系
20 log │Γ│ = -L
用定向耦合器测量元件驻波比时,其分辨率及精度由端“2”的入射功 •率“漏”入端“3” 多少而定,也即与方向性有关.
三.实验内容
1.测量十字形定向耦合器的耦合度及方向性.
2.测量滑动单螺钉的驻波比.
滑动单螺钉置于正中位置,螺钉穿伸度置于6mm处,首先用驻波测量线测量驻波比ρ;然后分别选用方向性为40 dB及20 dB的定性耦合器测量.比较两种方法的测量结果,分析主要误差原因.
3.根据实验原理及内容,要求:⑴选定实验仪器,并画出实验装置图;⑵撰写实验步骤.
四.注意事项
1.本实验中作为检测器的晶体检波器应与测量系统匹配(驻波比小于1.02),以减少误差,所以必须调配晶体器.
2.要精确测量定向耦合器的方向性,比寻满足: ⑴微波信号源有足够的输出,即能测量(D+C) dB的衰减量,通常要求约大于100mW的输出功率. ⑵要求精密可变衰减器的衰减范围或输出指示器的指示范围高于D dB(当D>C时),而低于(D+C) dB.若用晶体检波器直接指示,则在(D+C) dB范围内,晶体均应为平方律检波,否则引入较大的误差.⑶连接元件时,必须将法兰盘严格对准 ,以免引入误差,通常可采用定位销钉.
3.测量“回波损失”时,定向耦合器主线输出端由待测元件换接短路器前,应先置精密衰减器衰减量于最大值,以免检波晶体过载而烧毁.