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定向耦合器及其等效电路图

      如图(b)所示，在理想情况下，当信号功率从端口1输入时，输出功率只应出现在端口2和端口3，而端口4是完全隔离的，没有功率输出。但是在实际情况下，总有一些功率会泄漏到端口4。设端口1的输入功率为P1，端口2、3和4的输出功率分别为P2、P3和P4，则定向耦合器的特性可以由耦合度、插入损耗、隔离度和方向性等四项指标来表征，单位均为dB。

      1、耦合度

      耦合度表示从端口1输入的功率和被耦合到端口3部分的比值，表示为：

C=10×lg（P1/P3）

      式中，C是耦合度（dB)； P1是端口1的输入功率；P3是端口3的输出功率。

      2、插入损耗

      插入损耗表示从端口1到端口2的能量损耗，表示为：

L1=1010×lg（P1/P2）

      式中，L1插入损耗（dB)；P1是端口1的输入功率；P2是端口2的输出功率。

      请注意端口1的输入功率有一部分功率是被耦合到端口3的，所以应引入一个“耦合损耗”的概念。下表表示了在各种耦合度下的耦合损耗值。

定向耦合器的耦合度和耦合损耗的关系

      通常所说的从端口1到端口2的插入损耗是传输损耗和耦合损耗之和。在定向耦合器的产品说明中通常会对此加以特别说明。

      当定向耦合器用于测试和测量时，选取的耦合度比较小，如20dB或30dB甚至更小；而作为功率合成系统或者信号分配系统应用时，则会采用比较大的耦合度，如3dB、5dB和7dB等。

      3、隔离度和方向性

      前面提到，在理想的定向耦合器中，当功率从端口1输入时，端口4是没有功率输出的，而实际上总会有一些功率从这个端口泄漏出来，这就是隔离度指标，表示为：

I=10lg×（P1/P4）

      式中，I是隔离度（dB)；P1是端口1的输入功率；P4是端口4的输出功率。

      端口1和端口4之间隔离关系的另外一种表示方法是方向性，其定义是端口3的输出功率和端口4输出功率之比，表示为：

D=10lg×（P3/P4）

      需要特别说明的是，耦合度、隔离度和方向性之间的关系为：

I=C+D

      耦合度是一项设计指标，是根据使用要求而选定的，通常为6、10、20和30dB，这样隔离度指标也随之而变化，而方向性则是一个常数。

      在大部分定向耦合器的指标中，通常只标出方向性指标，隔离度指标可以根据耦合度计算出来。例如，耦合度C = 30dB，方向性D = 25dB，则隔离度I= 30dB + 25dB = 55dB。

      在定向耦合器的各项指标中，要想把隔离度（方向性）指标做好恐怕是最难的。在某些应用场合，如信号合成、大功率反射信号测量、抗干扰性测量等，对定向耦合器的方向性有着很高的要求。