现代通信和微波系统中,为了能够充分利用日渐拥挤的频谱资源,满足天线馈源网络的宽带要求,以及为了适应卫星通讯、射电天文观测、电子侦察及对抗等系统的发展要求,微波系统朝着宽频带、多频带、高性能、高集成度等方向的发展已成为趋势。因此,作为微波系统中分离频率信号的关键器件,正交模耦合器(Orthomode Transducer,OMT)的宽带化研究十分迫切;同样,定向耦合器作为微波系统中的重要组成部分,其小型化、宽频带以及多频带研究一直是该领域的热点。本文围绕圆波导型耦合器的宽频带和平面型定向耦合器的小型化以及多频段的研究展开工作。主要设计了两种类型的耦合器:宽带正交模耦合器和分支线定向耦合器。首先仿真了一款新型的三倍频正交模耦合器,主要在圆波导之间通过使用渐变过渡形式实现宽频带的设计。该模型选择高度对称的四脊圆波导,主要是为了能抑制高次模的出现,进而能获得较宽的工作带宽,达到较好的端口匹配和理想的隔离度。同时该模型采用简单的同轴馈电使得探针耦合与圆波导之间能够很好地匹配,使大部分能量都能传入波导,实现强耦合。而且选择恰当的脊渐变曲线,使得在工作带宽内,更好地将圆波导具有的高阻抗平滑特性变换至可以与同轴波导阻抗相比拟的脊波导的低阻抗特性。OMT末端采用的圆锥结构,是为了能够更好地达到匹配效果。本文所设计的宽带OMT的工作频率为4.6-13.8 GHz,在此带宽内电压驻波比小于1.3(驻波比曲线光滑、无突变),端口隔离度优于28 dB,插入损耗小于0.2 dB。其次,设计了两款小型化分支线耦合器。一款通过采用双支节线中间加载开路支节的结构替代传统分支线,实现了该耦合器的小型化,将开路支节集成在耦合器的内部,通过调节其电长度以及特性阻抗,即可实现了耦合器的双频段工作以及进一步小型化。为此仿真设计了一个单节双频段分支线耦合器,其工作频率为0.92/2.32 GHz,且具有良好的隔离度和耦合度。另一款是通过在传统分支线各端口加载折叠的阶梯阻抗短截线来实现分支线耦合器的多频段工作,阶梯阻抗短截线的引入提高了设计的自由度,通过改变阶梯阻抗短截线的纵向尺寸,可以将其折叠在耦合器的内部,从而实现了耦合器的小型化。为此仿真设计了一个单节多频分支线耦合器,其工作频率为0.35/1/1.78/2.36 GHz,且具有良好的隔离度和耦合度。本文设计的两款分支线定向耦合器尺寸分别减小了70.2%和71.9%,分别对它们进行了实物的加工和测试,测量结果和仿真结果吻合良好,表明了设计的合理性。