微波工程 - 定向耦合器
定向耦合器是一种对少量微波功率进行采样以用于测量目的的设备。功率测量包括入射功率、反射功率、VSWR值等。
定向耦合器是由初级主波导和次级辅助波导组成的 4 端口波导接头。下图显示了定向耦合器的图像。
定向耦合器用于耦合微波功率，可以是单向的，也可以是双向的。
定向耦合器的特性
理想的定向耦合器的特性如下。
所有终端均与端口匹配。
当电源从端口 1 传输到端口 2 时，其中一部分会耦合到端口 4，但不会耦合到端口 3。
由于它也是一个双向耦合器，因此当功率从端口 2 传输到端口 1 时，其中一部分会耦合到端口 3，但不会耦合到端口 4。
如果电源通过端口 3 入射，则其一部分耦合到端口 2，但不耦合到端口 1。
如果电源通过端口 4 入射，则其一部分耦合到端口 1，但不耦合到端口 2。
端口 1 和 3 已解耦，端口 2 和端口 4 也已解耦。
理想情况下，端口 3 的输出应为零。然而，实际上，在端口 3 处观察到称为反向功率的少量功率。下图显示了定向耦合器中的功率流。
在哪里
$P_i$ = 端口 1 的入射功率
$P_r$ = 端口 2 接收到的功率
$P_f$ = 端口 4 的正向耦合功率
$P_b$ = 端口 3 的反向电源
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正向功率的比率，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反向功率的比率，以 dB 为单位。
$$D = 10 \: log_{10}\frac{P_f}{P_b}dB$$
隔离
它定义了定向耦合器的指令属性。它是入射功率与反向功率的比值，以 dB 为单位。
$$I = 10 \: log_{10}\frac{P_i}{P_b}dB$$
隔离度 (dB) = 耦合因子 + 方向性
两孔定向耦合器
这是一种具有相同主波导和辅助波导的定向耦合器，但它们之间有两个共用的小孔。这些孔相距 ${\lambda_g}/{4}$ 距离，其中 λg 是波导波长。下图显示了两孔定向耦合器的图像。
为了满足定向耦合器的理想要求，即避免反向功率，设计了两孔定向耦合器。在端口 1 和端口 2 之间传输时，部分功率会通过孔 1 和 2 逸出。
功率的大小取决于孔的尺寸。两个孔处的泄漏功率在孔 2 处同相，将贡献于正向功率P f的功率相加。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，提高了定向耦合器的方向性。
波导接头
由于波导系统不能总是构建为一个整体，有时需要连接不同的波导。必须小心地进行这种连接，以防止出现以下问题： - 反射效应、驻波的产生以及衰减的增加等。
波导接头除了避免不规则性外，还应注意 E 和 H 场模式，不影响它们。波导接头有多种类型，如螺栓法兰、法兰接头、扼流接头等。