致  谢 31

参 考 文 献 32

1 引言

1。1定向耦合器的历史与发展现状

定向耦合器及其相关器件在当今市场上的微波电路应用中有着难以替代的地位，在电子电路中的各个方面发挥着作用。比如说，在微波信号发生器中，定向耦合器可以发挥多种功能，如功率监测、频率监测、功率合成等，还可用于提供温度补偿和振幅控制电路的采样功率，在放大器和增益控制等系统中，也发挥着非常重要的作用。论文网

1944年，H。A。Wheeler在两个接地板之间接入一对长度为1/4λ的导体，而使用在接地板之间主要的介质是空气和一定量的某些介质填充物，这就是第一个使用的带状线定向耦合器。而波导型定向耦合器是最早发明并得到广泛使用的一种耦合器耦合形式，其特点在于耦合功率容量大，同时，它的缺点也是显而易见的，器件物理体积过大，一直到上世纪中期以前，这种金属波导型定向耦合器和同轴线电路被应用在大部分的微波设备系统设计之中。

近代以来，由于航空航天领域以及通信领域的进步和广泛普及，对定向耦合器的需求已经不仅仅只是功率容量，而是需要电路系统向小型化、轻量化、频带宽、性能足够可靠等方向发展。原始的波导型定向耦合器的体积过大的缺点暴露无遗，严重影响到了该领域的发展与应用。首当其冲的问题是要开发研究新型的平面型结构，电路系统能够集成化。微波集成电路经过多年的研发，微带线定向耦合器发展出可以使用印制的工艺来制作平面型系统，其电路布局十分紧密合理。相较带状线定向耦合器而言，使用微带线结构构造电路的一半是自由的物理空间，可以较便捷地安装连接其他微波器件，且加工工艺简单，易于集成化，所以即使微带线定向耦合器相较于带状线定向耦合器在插入损耗、方向性等方面有一定劣势，但也有非常广泛的应用。

1954年B。M。Oliver在一篇关于紧耦合和松耦合的论文中发表关于行波（TEM波）耦合器的设计理论。在论文中他发表了单节定向耦合器结构中频率和耦合度的关系。

1955年，美国斯坦福研究院的一个小组，成员有Seymour B。Cohn、E。M。T。Jones、J。K。Shimizu和W。J。Getsinger、E。G。Cristal以及L。Young就带状线定向耦合器为课题发表了一系列论文。

同年，Seymour B。Cohn发表的论文中，阐述了关于奇偶模行波（TEM波）的理论。他推导出了求解奇偶模特征阻抗的准确公式。

3dB电桥结构以及其衍生的各类微波系统在底片蚀刻带状线电路中有非常普遍的应用，通常用于应用的共面耦合结构使得想要获得良好的电路结构及功能有极大的阻碍，同时为了使用方便，一般会将耦合器的两个输出端口设计在电路的一侧，该设计就需要主线和副线之间必须要有一部分的重合，因此只有使用宽边耦合带线平行于接地板的设计结构能够较简单地实现该交叉结构就是。在该种电路中，三层介质结构的尺寸对一个满足奇偶模并且介质的ε为3dB的耦合器是可以确定的。该结构只能够应用于单节结构，因此难以达到大于1倍频程的频带宽度。

近年来，由于微波系统的应用日渐广普遍，定向耦合器成为微波电路系统中不可或缺的组成部分，为满足不同的工程实际需求，在各个方面都有了重大的研究突破，这些成果不仅有各种各样的定向耦合器结构功能革新，在微波系统的辅助研究等方面也有许多进展以辅助简化工程师的设计，研究过程[1][2]：