《中国有线电视 》 2010(02) CHINADIGITALCABLETV
中图分类号 :TN948.12 文献标识码 :B 文章编号 :1007 -7022(2010)02 -0207 -02
· 经验点滴 ·
3分贝定向耦合器的原理及其应用
◆蒋 琦 1 , 罗正明2
(1.贵州省广播电视局 794台 , 贵州 六枝特区 553400;2.贵州省广播电视局 761台 , 贵州 贵阳 550002)
图 3 定向耦合器原理图
中便会耦合有能量 , 此能量 是既通过电场 (以耦合电
容 CM表示 )又通过 磁场 (以耦合 电感表 示 )耦合 过 来的 。
假设主线上电压为 V1 , 则电压 V1 通过耦合电容 CM 产生一流入副线 2 ～ 3 的位移电流为 ic2 和 ic3 。 同 时由于 i1 交变磁场的作用在 2 ～ 3线中感应有电流 iL, 根据电磁感应定律 , iL产生的磁通应阻止 i1 产生的磁 通量的变化 , 所以 iL 与 i1 方向相反 , 如图 3 所示 。 由 图 3可以看出 :能量由 1端输入 , 因电耦合电流 ic2和磁 耦合电流 iL作用相同 , 所以 2 端有输出 , 而在 3 端因
图 2 定向耦合器内部结构图 定向耦合器为什么会有方向性呢 ? 假设是横电磁 波系统 , 则我们可以用耦合波原理来定性地加以解释 。 要具有方向性 , 必须要有两种以上的耦合因素起作用 , 使耦合到副线某口的能量能够互相抵消 , 现在我们取 图 2中一小段平行线加以分析 , 如图 3(没画出接地面 金属外框 )所示 。 当导线 1 ～ 4中有交变电流 i1 流过 时 , 由于副线 2 ～ 3和主线 1 ～ 4互相靠近 , 故 2 ～ 3线
D=10 lgP P23 式中 P2 为端口 2的功率 , P3 为端口 3的功率 。 D 越大说明定向性越好 , 或者说输入端口与隔离端口隔 离越好 。理想情况下 , P3※0, D※∞, 实用中常对通带 内 D提出要求 。 (3)输出平衡度 当 l端口输入 , 2、4端口输出时 , 理论上讲 , 1端口 电压分别与 2、4 端口电 压之比 , 用分贝 表示即 20 lg (E1 /E2 )和 20 lg(E1 /E4 )都应等于 3 dB, 但实际中总 有一定误差 , 一般要求通带内 2、4 端最大功率偏差 ≤ 0.5 dB。 4 定向耦合器的工作过程和基本原理 图 2是内导体等于 1/4波长 、耦合度为 3 dB时的 定向耦合器 , 它的工作过程是 :当各端接匹配负载时 , 若 1端加信号 , 则 2、4 端有输出 , 在理想情况 下 , 2、4 端为等值信号输出 , 而 3 端输出为零 。如果从 2端加 入信号 , 则 1、3端有等值信号输出 , 4端没输出 , 依次 类推 , 3端或 4端加入信号也有类似结果 。除此之外 , 每个输入端均有较宽的带宽 , 若多个 1/4波长的耦合 器相级联 , 可以得到带宽更宽的定向耦合器 。
时不用 P2 /P1 , 而用 其倒数 P1 /P2 , 称为 “过渡衰减 ”, 用分贝表示之 :
L=10 lgPP12 显然 , L必为正值 , 它与分贝耦合等值反号 。 L越
大说明衰减越大 , 耦合越弱 , 因而 3分贝定向耦合器就
是过渡衰减为 3分贝的定向耦合器 。
(2)定向性系数
在理想情况下 , 副通道中一个端口有输出时 , 另一
1 概述 3分贝定向耦合器的应用 , 从上世纪 60年代开始
已由微波波段扩展到米波波段 , 到 70年代在发射设备 中得到应用 , 它具有频带宽 、结构简单 、功率容量大和 制造方便的特点 , 在广播电视技术和电子技术突飞猛 进发展的今天 , 在全固态发射机和天馈系统的功率合 成与分配电路中已广泛应用 , 是广播电视播出系统不 可缺少的重要 组成部分 , 由于它工 作稳定 , 故 障率很 低 , 较多的技术人员对它并不十分了解 , 因此下面简单 介绍 3分贝定向耦合器的原理及其应用 。 2 定向耦合器的分类
定向耦合器是一个四端口器件 , 如图 1所示 , 图 1 中 1 ～ 4、2 ～ 3为两根传输线 , 线间有一定的耦合机构 , 当电磁波从端口 1输入时 , 除了有一部分能量直接从 端口 4输出外 , 同时还有部分能量到 2 ～ 3通道中 , 从 端口 3或 2输出 。若从端口 3输出而端口 2 无输出 时 , 叫做 “同向定向耦合器 ” (指 1 ～ 4和 2 ～ 3通道的 传输方向相同 );从端口 2输出 , 而端口 3没有输出时 叫 “反向定向耦合器 ”。 按耦合强弱划分定向耦合器 时 , 常称零分贝 、3分贝等定向耦合器为 “强耦合定向 耦合器 ”, 而 20分贝 、30分贝等定向耦合器叫 “弱耦合 定向耦合器 ”。

个相反端口应没有输出 , 但实际上由于设计或结构不
佳 , 另一端口常有一些输出 , 用此正反两个输出功率之
蒋 琦等 :3分贝定向耦合器的原理及其应用 《中国有线电视 》 2010年第 02期
比的分贝来表示定向传输的性能称为 “定向性系数 ” 或简称 “定向 性 ”, 设副 通道中 端口 2 为所需输 出端 口 , 端口 3为隔离端口 , 则定向性系数定义为 :
图 1 定向耦合器外部结构图
3 定向耦合器的指标 定向耦合器的指标有 : (1)耦合系数 电压耦合系数 Cv的定义是 :主通道输入电压 E1
(设由端口 1输入 )与副通道输出电压 E2(设由端口 2 输出 )之比 , 即
Cv =
E2 E1
其功率耦合系数定义为 :
CP
=PP21
=
E2 E1
=Cv
式中 P1 为输入功率 , P2 为输出功率 。 通常用分贝表示 , 叫分贝耦合系数 , 简称 “分贝耦
合 ”。
C分贝 =10 lgPP21 由于输入功率 P1 总是大于输出功率 P2 , 故此分 贝数必为负值 , 但习惯上只说它的绝对值 , 例如 “ 3分
贝定向耦合器 ”, 实际上它的分贝 耦合系数为 -3 分
贝 。分贝耦合越大 , 表明耦合到副通道的能量越少 , 耦
合越弱 。
当然也可以用正分贝数来表示定向耦合特性 , 这