实验三方向耦合器.docx
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实验三方向耦合器
实验三：
功率衰减器
学院：
____信息学院____实验日期：
2011年11月5日
班级（专业）：
____通信国防___________
学号：
_______2010106006______姓名：
___胡志伟__
1、实验目的：
1.了解方向耦合器的原理及基本设计方法。
2.利用实验模组实际测量以了解方向耦合器的特性。
3.学会使用微波软件对方向耦合器进行设计和仿真，并分析结果。
2、实验设备：
项次
设备名称
数量
备注
1
MOTECHRF2000测量仪
1套
亦可用网络分析仪
2
方向耦合器模组
2组
RF2KM5-1A、RF2KM5-2A
3
50ΩBNC接头
2个
THRU
4
[50Ω]负载端子
2个
LOAD-1、LOAD-2
5
50ΩBNC连接线
2条
CA-1、CA-2
6
1MΩBNC连接线
2条
CA-3、CA-4
7
MICROWAVE软件
1套
微波软件
3、理论分析：
（一）方向耦合器的原理：
方向耦合器是个四端口网络结构（4－portnetwork），如图5－1所示。
图5-1方向耦合器方框图
图5-1方向耦合器方框图
其信号输入端（Port-1，InputPort）的功率为P1，信号传输端（Port-2，TransmissionPort）的功率为P2，信号耦合端（Port-3，CouplingPort）的功率为P3，而信号隔离端（Port-4，IsolationPort）的功率为P4。
若P1、P2、P3、P4皆用毫瓦（mW）来表示，定向耦合器的四大参数，则可定义为：
传输系数：
耦合系数：
隔离度：
方向性：
常见的定向耦合器可分成支路型和平行线型两种。
其设计方法如下：
1、支路型（Branch-lineCoupler）
其电路根据组成元件可再分为低通L-G式、高通L-G式和传输线式，如图5-2（a）（b）（c）所示。
图5-2（a）低通L-C式支线型耦合器;（b）高通L-C式支线型耦合器
Port-2
P2
Zo
Zo
Port-1
P1
Zo
P3
Port-3
图5-2（c）传输线式支线型耦合器
λ/4
Zos
Zo
P4
Port-4
Zop
λ/4
Zop
Zos
其设计步骤如下：
步骤一：
决定耦合器的规格。
包括耦合系数C（dB）、端口的等效阻抗Zo（ohm）、电路使用的中心频率，fc（Hz）。
步骤二：
利用下列公式计算出K、Z0S及Z0P:
步骤三：
利用下列公式计算出所需的值:
（a）低通L-C式
（b）高通L-G式
（c）传输线式
若选用微带线来设计，则依据使用基板参数（Er、h等）利用软件计算出Zos及Zop的微带线宽度（W1、W2）和四分之一波长的长度（P1、P2）。
步骤四：
利用模拟软件检验，再经过微调以满足设计要求。
4、实验步骤
1、利用实验模组实际测量
（1）将信号从信号输入端P1输入，在其它三个端口接电阻，进行测量；
（2）将信号从信号输入端P1输入，在其它三端分别进行接线的测量（每次一个端口接线，其它三个端口都接电阻）。
2、软件仿真
设计一个工作频率为400MHz的10dB的高通L-C支路型耦合器。
（Zo=50ohm）
解:
C=-10dB，fc=400MHz
5、实验记录
1、支路型方向耦合器：
实际模组测量
信号从P1端输入：
（1）其它三端接50欧电阻：
信号在P1端衰减约10dB，图中S21为35dB，信号通过模组后几乎全部被电阻吸收。
（2）P2端接线，P3和P4端接50欧电阻：
信号在P1端衰减约10dB，P2端为信号传输端，从P1到P2信号基本不衰减。
（3）P3端接线，P2和P4端接50欧电阻：
信号在P1端衰减约10dB，P3端为信号耦合端，信号从P3端输出衰减约10dB。
（4）P4端接线，P2和P3端接50欧电阻：
信号在P1端衰减约10dB，P4为信号隔离端，信号从P4端输出衰减约10dB。
软件仿真：
由图可以看出：
S11约为10dB，S12约为0（即信号从P1传到P2基本不衰减），S13与S4也与实际实验结果在误差范围内相等。
2、平行线型方向耦合器
信号从P1端输入
（1）其它三端接50欧电阻：
信号在P1端衰减约10dB，图中S21为35dB，信号通过模组后几乎全部被电阻吸收。
（2）P2端接线，P3和P4端接50欧电阻：
（3）P3端接线，P2和P4端接50欧电阻：
（4）P4端接线，P2和P3端接50欧电阻：
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