【摘要】隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，無線通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星精確導(dǎo)航、遠(yuǎn)距離無線通訊、智能測(cè)繪遙控、軍事電子干擾對(duì)抗等領(lǐng)域。因此為了滿足日益增多的頻率容量需求，便要對(duì)密集型的微波頻率實(shí)行間隔高效利用，因此交叉耦合方式的高性能耦合器應(yīng)運(yùn)而生。筆者將會(huì)對(duì)微波通信系統(tǒng)中的核心無源元件耦合器的設(shè)計(jì)研發(fā)、應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)展前景進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

【關(guān)鍵詞】微波技術(shù)；交叉耦合；耦合器；頻率資源

目前高科信息化無線通信技術(shù)中應(yīng)用范圍較廣，技術(shù)最為成熟的便是無線微波通信技術(shù)。而耦合器是微波通信系統(tǒng)中主導(dǎo)部分，技術(shù)參數(shù)要求最高的核心無源元器件，它同樣是現(xiàn)代高科技衛(wèi)星測(cè)繪、通信、雷達(dá)精確測(cè)控的核心元件。

隨著無限通線技術(shù)的日臻成熟完善，在各領(lǐng)域通信中得到了更為廣泛的應(yīng)用，但是微波波段資源有限，各種通信技術(shù)的應(yīng)用使信息傳播中波段頻率的間隔越來越小，這就造成了在信息傳輸過程中波段頻率出現(xiàn)重合概率的增大，這樣便會(huì)使微波通信的準(zhǔn)確度不可避免的下降，因此設(shè)計(jì)研發(fā)高性能微波耦合器是科研技術(shù)人員面臨的重要課題。

多選性寬帶耦合器、微電子可調(diào)耦合器等高性能耦合器將是今后一段時(shí)間設(shè)計(jì)研發(fā)工作的中心。它具有線圈纏繞緊密，交叉耦合等特點(diǎn)，因此該耦合器與普通耦合器相比而言，體積更小，重量更輕，價(jià)格更低，精確度以及抗干擾能力更強(qiáng)。

一、耦合器技術(shù)

1.耦合器技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

因?yàn)轳詈掀餍阅芨叩蛯⒅苯佑绊懻麄€(gè)無線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量，而未來微波耦合器發(fā)展方向?qū)⑹求w積更小、重量更輕、工作損耗更小、抗干擾能力更強(qiáng)的耦合器。目前微波通信技術(shù)還主要應(yīng)用于國(guó)防軍事方面，普通的民用通信基礎(chǔ)設(shè)施還沒有完善而且價(jià)格很高?，F(xiàn)在高端通信技術(shù)比如衛(wèi)星通信、雷達(dá)測(cè)控等要求微波耦合器具有體積小、重量輕、低損耗、窄頻段等特點(diǎn)，因此在進(jìn)行微波耦合器設(shè)計(jì)研發(fā)工作時(shí)，便要求耦合器對(duì)微波波段的相位與振幅強(qiáng)度進(jìn)行精確校正。

由于微波通信損耗低、精度高等特點(diǎn)，移動(dòng)電子設(shè)備也將廣泛應(yīng)用微波通信技術(shù)，因此就要求耦合器在保證高性能的前提下，體積小、重量輕、價(jià)格更加低廉來迎合工廠車間生產(chǎn)線的生產(chǎn)方式。

2.微波耦合器設(shè)計(jì)研發(fā)

伴隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，耦合器設(shè)計(jì)研發(fā)技術(shù)也有了跨越式的發(fā)展。微波耦合器即成為電路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)信息傳輸函數(shù)是兩個(gè)主要設(shè)計(jì)方向。

微波耦合器的電路系統(tǒng)分為直接耦合式和交叉耦合式兩種。直接耦合式耦合器采用直線型電路連接形式，下圖為直接耦合器電路原始圖，這個(gè)電路系統(tǒng)只有一個(gè)通路，信號(hào)電流可直接從輸入端口經(jīng)單線電路到輸出端口；直接耦合式耦合器主要有階梯阻抗變換耦合器、平行式耦合線耦合器、梳狀耦合線式耦合器、交指式耦合器等等。

交叉耦合式微波耦合器的電路系統(tǒng)有多個(gè)通路，即信號(hào)電流從輸入端口傳輸?shù)捷敵龆丝诮?jīng)由電路具有選擇性，該耦合器不是微波信號(hào)相位中最小的耦合器，因此它可以實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)平面的零點(diǎn)傳輸，而且由于它線路選擇多變性，可以有效調(diào)劑微波信號(hào)相位。通過以上論述不難看出，交叉是耦合耦合器較直接耦合式耦合器性能更佳。

微波耦合器網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)主要非為以下幾種：切比雪夫函數(shù)、橢圓函數(shù)、巴特沃斯函數(shù)等。切比雪夫函數(shù)與橢圓函數(shù)微波耦合器在現(xiàn)在通信領(lǐng)域中是應(yīng)用最為廣泛的兩種，而巴特沃斯耦合器是最為平穩(wěn)的耦合器，而且微波頻段邊緣下降速度緩慢，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)高性能的設(shè)計(jì)要求。

二、定向耦合器設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.定向耦合器功能特性以及應(yīng)用

在整個(gè)微波通信系統(tǒng)中，定向耦合器是一種應(yīng)用最為廣泛的電子元件。它的主要作用是對(duì)傳輸信號(hào)微波頻段進(jìn)行功率的整合以及分配，定向耦合器應(yīng)用與微波通信系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)射器功率和波段頻率的測(cè)定與整合。除此之外信號(hào)波段相位調(diào)節(jié)，電橋式微波阻抗、平衡信號(hào)波段放大器、信號(hào)功率控制等一些其測(cè)量作用的儀器也有定向耦合器的相關(guān)應(yīng)用。定向耦合器還能夠?qū)Πl(fā)射波段域反射波段中微波所攜帶的信息進(jìn)行提取，在經(jīng)過一些列特定程序處理，就能夠得到發(fā)射波和反射波中所攜帶的信息，為實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)接提供非常重要的依據(jù)。

總而言之，微波通信領(lǐng)域中微波耦合器應(yīng)用越來越廣泛，而它的性能隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步與發(fā)展，也將大大提高。而且現(xiàn)代通信對(duì)信號(hào)頻率帶橫向?qū)挾鹊男枨笤絹碓矫黠@，擺在科研技術(shù)人員面前一個(gè)很重要的課題就是盡量改善耦合器設(shè)計(jì)研發(fā)工藝水平，改良耦合方式等等，研制寬帶、緊促式耦合器，提高耦合器性能，提高微波通信質(zhì)量。

2.定向耦合器分類

定向耦合器有許多種不同的類型，可以按照傳輸方向、傳輸電路線類型、耦合方式以及輸出端口相位等不同角度予以分類。比如按信號(hào)頻段傳輸方向進(jìn)行分類可分為同向定向耦合器與反向定向耦合器；按信號(hào)傳輸電路線類型可分為波段帶狀線型、同軸波段線型、矩形波導(dǎo)型、圓波導(dǎo)型等微波定向耦合器。若按耦合形式可分為單孔、多孔耦合、波導(dǎo)接頭形耦合以及環(huán)形耦合定向耦合器等。若以信號(hào)波相位可分為90度和180度定向耦合器。

3.定向耦合器性能指標(biāo)

微波定向耦合器的重要參數(shù)指標(biāo)主要包括定向性以及耦合度。微波定向耦合器的定向性系數(shù)指的是在理論情況下，信號(hào)通道應(yīng)該只有一個(gè)能量輸出端口，但實(shí)際情況下別的輸出端口也會(huì)有能量的逸散，就將逸散能量與理論情況下能量輸出比值的分貝數(shù)就做定向耦合器的定向系數(shù)，稱之為耦合器的定向性。由此可以看出耦合器的定向性系數(shù)越大證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時(shí)信號(hào)輸入的主要通道的輸入電壓與其他通道輸出電壓的比值。對(duì)定向耦合器這種耗能元件來說，總的能量輸入一定大于其輸出能量，耦合系數(shù)越大證明能量損耗越少，定向耦合器的耦合度也就越弱。

4.研發(fā)現(xiàn)狀

緊耦合式微波定向耦合器是目前科研工作者的主要方向。因?yàn)槿绻詈掀黢詈舷禂?shù)較小，目前電子集成電路板印刷水平做不到電路中設(shè)計(jì)所需線與線之間距離的連接。現(xiàn)階段我國(guó)的定向耦合器研究方向主要集中在對(duì)于現(xiàn)有耦合方式與電子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改善，以及生產(chǎn)工藝方面的改進(jìn)，并沒有對(duì)于耦合方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的研究，對(duì)于緊耦合式耦合器的設(shè)計(jì)研發(fā)工作開展也不多，因此我國(guó)在微波定向耦合器設(shè)計(jì)與研發(fā)水平上存在很大差距。

而對(duì)于微波耦合器主要是對(duì)其“瘦身”，即盡量減小耦合器的體積，研究原理是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)函數(shù)以及較少的階數(shù)與性能優(yōu)良材料等來實(shí)現(xiàn)微波耦合器信號(hào)波段選擇性好，抗干擾能力強(qiáng)的主要性能參數(shù)。除了使微波耦合器小型化，還可以對(duì)耦合器內(nèi)部信號(hào)頻段諧振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，因?yàn)楝F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的平穩(wěn)均勻式阻抗諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)尺寸相對(duì)較小，由于這些硬件方面的限制，微波耦合器的整體性能總體偏低，階躍式阻抗諧振器應(yīng)運(yùn)而生，是目前能夠解決現(xiàn)有問題的參考依據(jù)，而要將其性能整合完善良好地應(yīng)用在微波耦合器上還有待于做進(jìn)一步的深入研究。

三、結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，其中無線通信技術(shù)的核心部件為無源器件耦合器。未來耦合器的發(fā)展趨勢(shì)將是不斷朝向小型化，低能耗，的方向發(fā)展，優(yōu)良的加工制作工藝將迎合工廠化大批量的生產(chǎn)和普遍應(yīng)用的特點(diǎn)。

想要達(dá)到以上這些要求，不僅僅需要現(xiàn)代通信技術(shù)還要與高性能材料加工工藝學(xué)，電磁學(xué)，現(xiàn)代物理學(xué)等相結(jié)合。社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展離不開科技創(chuàng)新與進(jìn)步，可見現(xiàn)代通信技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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