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摘要：随着现代科技的不断发展，无线通信技术已应用于各个领域中，其中无线通信技术在卫星精确导航、远距离无线通讯、智能测绘遥控、军事电子干扰对抗等领域都有广泛的应用。因此为了满足日益增多的频率容量需求，便要对密集型的微波频率实行间隔高效的利用，为此交叉耦合方式的高性能耦合器应运而生。微波技术的发展是以高性能交叉耦合式耦合器元件的研发设计为基础,笔者将会对微波通信系统中的核心无源元件耦合器的设计研发、应用现状，发展前景进行简要概述。
关键词：微波技术；无线通信； 测绘遥控； 耦合器
前言：根据当前信息技术的发展前沿进行分析，其中无线通信技术的研发，无论是对于国家军事还是生活都有紧密的联系。而耦合器是微波通信系统中主导部分，技术参数要求最高的核心无源元器件，它同样是现代高科技卫星测绘、通信、雷达精确测控的核心元件。随着无限通线技术的日臻成熟完善，在各领域通信中得到了更为广泛的应用，但是微波波段资源有限，各种通信技术的应用使信息传播中波段频率的间隔越来越小，这就造成了在信息传输过程中波段频率出现重合概率的增大，这样便会使微波通信的准确度不可避免的下降，因此设计研发高性能微波耦合器是科研技术人员面临的重要课题。
一、耦合器技术的性能分析
1、当前耦合器技术的发展历程
無线微波核心元件的主导部分是耦合器,并且广泛应用于现代卫星遥感测绘系统、现代无线通信与雷达精确遥控等领域，有着不可替代的重要作用。现代通信系统要求精准度高、抗干扰能力强、体积相对较小、重量较轻等特点，这就对微波耦合器设计研究工作提出了很高的要求，因为耦合器性能高低将直接影响整个无线通信系统的通信质量。而未来微波耦合器发展方向将是体积更小、重量更轻、工作损耗更小、抗干扰能力更强的耦合器。目前微波通信技术还主要应用于国防军事方面，普通的民用通信基础设施还没有完善而且价格很高。现在高端通信技术比如卫星通信、雷达测控等要求微波耦合器具有体积小、重量轻、低损耗、窄频段等特点，因此在进行微波耦合器设计研发工作时，便要求耦合器对微波波段的相位与振幅强度进行精确校正。
2、平行耦合线的设计分析
平行耦合线是当今耦合器中最常见的一种输入电流与输出电流的耦合方式，按照耦合方式的不同分为奇模耦合方式和偶模耦合方式，以此按照这种类型方式来分析平行耦合线的设定的阻抗参数L，然后根据所求出的阻抗参数来分析其他参数矩阵的排列情况。如下图所示为一个四端口网络的平行耦合线，其中在a、b两个端口上加入同向等幅值的电流源I1，然后在此基础上同时添加反向等幅值的电流源I2，在耦合器线型单元中进行偶模激励，与此同时奇模激励也正朝向耦合线型幅值进行叠加和衰减；在c、d两个端口上也加入同向等幅值的电流源I3，然后在此基础上同时添加反向等幅值的电流源I4，在耦合器线型单元中进行偶模激励，奇模激励也正同时进行。此时四个端口电流之间的叠加情况如下列公式所示：
a=I1+I2；b=I1-I2； c=I3+I4；d=I3-I4
在如图所示的结构中，因为输入的电流源相同，在偶模激励下，传输的电流、电压值相等方向相同且处于同一种传输介质中，利用对称原理在同一条干路所传输的电流与电压值为各支路之和，但是在奇模激励作用下，两根线上所传输的电流、电压方向相反，所以干路所引起的电流、电压为各个支路之差。
cI4 I3 I4 d
I14 I2
U14U23
aI1I2I1b
根据图中所标示的线性关系，线路中没点的电压电流值均为该点单独在恒流源控制下，所引起的偶激励与奇激励之间的代数和，当a、b两端口加入恒定电源然后进行偶模激励，然后保持c、d之间为开路端口，此时线上的电压与电流之间的关系将呈现出正弦函数的关系：I1=I2=I12，传输线路上的驻波电压与电流在线型图像上相差β/4，即传输的电压波腹点为所传输电流的波节点，两者之间存在这样使比例关系：U14=U23=—PZIcos.
微波耦合器网络传输函数主要非为以下几种：切比雪夫函数、椭圆函数、巴特沃斯函数等。切比雪夫函数与椭圆函数微波耦合器在现在通信领域中是应用最为广泛的两种，而巴特沃斯耦合器是最为平稳的耦合器，而且微波频段边缘下降速度缓慢，已经不能满足现代通信系统高性能的设计要求。
二、定向耦合器的发展应用
1、定向耦合器性能分析以及发展应用
在整个微波通信系统中，定向耦合器是一种应用最为广泛的电子元件。它的主要作用是对传输信号微波频段进行功率的整合以及分配，定向耦合器应用与微波通信系统中信号发射器功率和波段频率的测定与整合。除此之外信号波段相位调节，电桥式微波阻抗、平衡信号波段放大器、信号功率控制等一些其测量作用的仪器也有定向耦合器的相关应用。
总而言之，微波通信领域中微波耦合器应用越来越广泛，而它的性能随着现代科技的进步与发展，也将大大提高。而且现代通信对信号频率带横向宽度的需求越来越明显，摆在科研技术人员面前一个很重要的课题就是尽量改善耦合器设计研发工艺水平，改良耦合方式等等，研制宽带、紧促式耦合器，提高耦合器性能，提高微波通信质量。
2定向耦合器的分类指标
定向耦合器有许多种不同的类型，可以按照传输方向、传输电路线类型、耦合方式以及输出端口相位等不同角度予以分类。比如按信号频段传输方向进行分类可分为同向定向耦合器与反向定向耦合器；按信号传输电路线类型可分为波段带状线型、同轴波段线型、矩形波导型、圆波导型等微波定向耦合器。若按耦合形式可分为单孔、多孔耦合、波导接头形耦合以及环形耦合定向耦合器等。若以信号波相位可分为90度和180度定向耦合器。
3、定向耦合器的性能参数指标
微波定向耦合器的重要参数指标主要包括定向性以及耦合度。微波定向耦合器的定向性系数指的是在理论情况下，信号通道应该只有一个能量输出端口，但实际情况下别的输出端口也会有能量的逸散，就将逸散能量与理论情况下能量输出比值的分贝数就做定向耦合器的定向系数，称之为耦合器的定向性。由此可以看出耦合器的定向性系数越大证明耦合器的定向性能越好。微波定向耦合器的耦合度指的是交叉耦合时信号输入的主要通道的输入电压与其他通道输出电压的比值。对定向耦合器这种耗能元件来说，总的能量输入一定大于其输出能量，耦合系数越大证明能量损耗越少，定向耦合器的耦合度也就越弱。
结语：
随着社会的不断发展，人类逐渐迈入信息化时代，信息准确无误的及时传输离不开当前通信技术。而现代通信技术中占据重要位置的是无线通信技术，无线通信技术的核心是无源器件耦合器。总的来说耦合器性能优劣将直接影响无线通信系统信息传输质量。未来耦合器的发展趋势将是朝向小型化，低能耗的发展方向进行发展，优良的加工制作工艺将来为企业带来更多的产值效益。为此要明确定向的发展目标，不仅仅需要现代通信技术还要与高性能材料加工工艺学，电磁学，现代物理学等相结合，可见现代通信技术拥有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]张爽，王家礼.超宽带定向耦合器的设计.无线电工程.2003年12月.
[2]周萌.带状线性定向耦合器的分析与设计.西安电子科技大学，硕士学位论文.2009.
作者简介：孙志宇，1979年5月出生，男，汉族，石家庄市人，本科，工程师，工作于中国电子科技集团公司 河北半导体研究所
关键词：微波技术；无线通信； 测绘遥控； 耦合器
前言：根据当前信息技术的发展前沿进行分析，其中无线通信技术的研发，无论是对于国家军事还是生活都有紧密的联系。而耦合器是微波通信系统中主导部分，技术参数要求最高的核心无源元器件，它同样是现代高科技卫星测绘、通信、雷达精确测控的核心元件。随着无限通线技术的日臻成熟完善，在各领域通信中得到了更为广泛的应用，但是微波波段资源有限，各种通信技术的应用使信息传播中波段频率的间隔越来越小，这就造成了在信息传输过程中波段频率出现重合概率的增大，这样便会使微波通信的准确度不可避免的下降，因此设计研发高性能微波耦合器是科研技术人员面临的重要课题。
一、耦合器技术的性能分析
1、当前耦合器技术的发展历程
無线微波核心元件的主导部分是耦合器,并且广泛应用于现代卫星遥感测绘系统、现代无线通信与雷达精确遥控等领域，有着不可替代的重要作用。现代通信系统要求精准度高、抗干扰能力强、体积相对较小、重量较轻等特点，这就对微波耦合器设计研究工作提出了很高的要求，因为耦合器性能高低将直接影响整个无线通信系统的通信质量。而未来微波耦合器发展方向将是体积更小、重量更轻、工作损耗更小、抗干扰能力更强的耦合器。目前微波通信技术还主要应用于国防军事方面，普通的民用通信基础设施还没有完善而且价格很高。现在高端通信技术比如卫星通信、雷达测控等要求微波耦合器具有体积小、重量轻、低损耗、窄频段等特点，因此在进行微波耦合器设计研发工作时，便要求耦合器对微波波段的相位与振幅强度进行精确校正。
2、平行耦合线的设计分析
平行耦合线是当今耦合器中最常见的一种输入电流与输出电流的耦合方式，按照耦合方式的不同分为奇模耦合方式和偶模耦合方式，以此按照这种类型方式来分析平行耦合线的设定的阻抗参数L，然后根据所求出的阻抗参数来分析其他参数矩阵的排列情况。如下图所示为一个四端口网络的平行耦合线，其中在a、b两个端口上加入同向等幅值的电流源I1，然后在此基础上同时添加反向等幅值的电流源I2，在耦合器线型单元中进行偶模激励，与此同时奇模激励也正朝向耦合线型幅值进行叠加和衰减；在c、d两个端口上也加入同向等幅值的电流源I3，然后在此基础上同时添加反向等幅值的电流源I4，在耦合器线型单元中进行偶模激励，奇模激励也正同时进行。此时四个端口电流之间的叠加情况如下列公式所示：
a=I1+I2；b=I1-I2； c=I3+I4；d=I3-I4
在如图所示的结构中，因为输入的电流源相同，在偶模激励下，传输的电流、电压值相等方向相同且处于同一种传输介质中，利用对称原理在同一条干路所传输的电流与电压值为各支路之和，但是在奇模激励作用下，两根线上所传输的电流、电压方向相反，所以干路所引起的电流、电压为各个支路之差。
cI4 I3 I4 d
I14 I2
U14U23
aI1I2I1b
根据图中所标示的线性关系，线路中没点的电压电流值均为该点单独在恒流源控制下，所引起的偶激励与奇激励之间的代数和，当a、b两端口加入恒定电源然后进行偶模激励，然后保持c、d之间为开路端口，此时线上的电压与电流之间的关系将呈现出正弦函数的关系：I1=I2=I12，传输线路上的驻波电压与电流在线型图像上相差β/4，即传输的电压波腹点为所传输电流的波节点，两者之间存在这样使比例关系：U14=U23=—PZIcos.
微波耦合器网络传输函数主要非为以下几种：切比雪夫函数、椭圆函数、巴特沃斯函数等。切比雪夫函数与椭圆函数微波耦合器在现在通信领域中是应用最为广泛的两种，而巴特沃斯耦合器是最为平稳的耦合器，而且微波频段边缘下降速度缓慢，已经不能满足现代通信系统高性能的设计要求。
二、定向耦合器的发展应用
1、定向耦合器性能分析以及发展应用
在整个微波通信系统中，定向耦合器是一种应用最为广泛的电子元件。它的主要作用是对传输信号微波频段进行功率的整合以及分配，定向耦合器应用与微波通信系统中信号发射器功率和波段频率的测定与整合。除此之外信号波段相位调节，电桥式微波阻抗、平衡信号波段放大器、信号功率控制等一些其测量作用的仪器也有定向耦合器的相关应用。
总而言之，微波通信领域中微波耦合器应用越来越广泛，而它的性能随着现代科技的进步与发展，也将大大提高。而且现代通信对信号频率带横向宽度的需求越来越明显，摆在科研技术人员面前一个很重要的课题就是尽量改善耦合器设计研发工艺水平，改良耦合方式等等，研制宽带、紧促式耦合器，提高耦合器性能，提高微波通信质量。
2定向耦合器的分类指标
定向耦合器有许多种不同的类型，可以按照传输方向、传输电路线类型、耦合方式以及输出端口相位等不同角度予以分类。比如按信号频段传输方向进行分类可分为同向定向耦合器与反向定向耦合器；按信号传输电路线类型可分为波段带状线型、同轴波段线型、矩形波导型、圆波导型等微波定向耦合器。若按耦合形式可分为单孔、多孔耦合、波导接头形耦合以及环形耦合定向耦合器等。若以信号波相位可分为90度和180度定向耦合器。
3、定向耦合器的性能参数指标
微波定向耦合器的重要参数指标主要包括定向性以及耦合度。微波定向耦合器的定向性系数指的是在理论情况下，信号通道应该只有一个能量输出端口，但实际情况下别的输出端口也会有能量的逸散，就将逸散能量与理论情况下能量输出比值的分贝数就做定向耦合器的定向系数，称之为耦合器的定向性。由此可以看出耦合器的定向性系数越大证明耦合器的定向性能越好。微波定向耦合器的耦合度指的是交叉耦合时信号输入的主要通道的输入电压与其他通道输出电压的比值。对定向耦合器这种耗能元件来说，总的能量输入一定大于其输出能量，耦合系数越大证明能量损耗越少，定向耦合器的耦合度也就越弱。
结语：
随着社会的不断发展，人类逐渐迈入信息化时代，信息准确无误的及时传输离不开当前通信技术。而现代通信技术中占据重要位置的是无线通信技术，无线通信技术的核心是无源器件耦合器。总的来说耦合器性能优劣将直接影响无线通信系统信息传输质量。未来耦合器的发展趋势将是朝向小型化，低能耗的发展方向进行发展，优良的加工制作工艺将来为企业带来更多的产值效益。为此要明确定向的发展目标，不仅仅需要现代通信技术还要与高性能材料加工工艺学，电磁学，现代物理学等相结合，可见现代通信技术拥有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]张爽，王家礼.超宽带定向耦合器的设计.无线电工程.2003年12月.
[2]周萌.带状线性定向耦合器的分析与设计.西安电子科技大学，硕士学位论文.2009.
作者简介：孙志宇，1979年5月出生，男，汉族，石家庄市人，本科，工程师，工作于中国电子科技集团公司 河北半导体研究所