大功率微波定向耦合器在高功率微波测量系统中起着关键作用,目前,大功率微波定向耦合器正朝着高功率容量、小型化的方向发展。为了提升功率容量,研究了在定向耦合器内部填充惰性气体的设计方案;为了实现定向耦合器的小型化,寻找代替圆孔的新型耦合结构,设计出宽频带、弱耦合、高方向性、高功率容量、小型化的大功率微波定向耦合器。本文主要研究内容如下:1.根据项目要求,设计一种高方向性、弱耦合、宽频带的L波段二级定向耦合器,并加工实物进行实测。2.研究大功率微波定向耦合器的功率容量,提出功率容量提升的设计方案,即利用波导窗使定向耦合器内部形成一个密封的腔体,然后在定向耦合器内部填充六氟化硫等惰性气体,由于六氟化硫的电气强度比较高,从而提高了定向耦合器内部气体介质的击穿强度,进而提高定向耦合器的功率容量。3.设计了一种驻波性能良好的波导窗,并合理选择介质片的材料。在CST上仿真定向耦合器内部填充惰性气体的情况,并对加波导窗前后定向耦合器的各个技术指标的仿真结果进行分析。旨在保证其他技术指标都不变差的情况下,提高器件的功率容量。4.对新型耦合结构进行研究与分析,找出一种替代圆孔的新型耦合结构。并对单孔和多孔下的椭圆孔耦合结构分别进行研究,利用CST对多种耦合结构的排列形式进行仿真,通过耦合度曲线趋势反向相消的方法,找出一种最佳的耦合结构排列形式。总结出多孔定向耦合器的设计流程,在此基础上利用CST分别设计了四孔和六孔定向耦合器,并对仿真结果进行分析。5.利用设计出的椭圆孔六孔定向耦合器与传统的矩形波导定向耦合器进行对比,通过在CST上的仿真结果对比和物理尺寸对比可以看出,在保证耦合度、方向性等各项技术指标都满足要求的情况下,利用椭圆孔耦合结构设计出的六孔定向耦合器达到了小型化的目的。