分析了現有微波大功率測量裝置中定向耦合器的優缺點，提出了一種新型的用于測量微波大功率信號的雙定向耦合器。該雙定向耦合器可以同時測量傳輸信號和耦合信號，在小孔耦合的基礎上利用耦合片實現信號的耦合。耦合片安裝在耦合頭內部，耦合頭作為一個獨立的裝置可以根據波導的尺寸調整安裝位置。通過調節耦合片與波導的距離，耦合系數可以在一定范圍內調節。利用HFSS進行了全波電磁場仿真，在ISM 頻段利用BJ-26波導驗證了設計。該雙定向耦合器體積小，易于裝配，特別適用于大功率、雙向測量的場合。

　　隨著通信技術的發展，微波大功率信號在生產實踐方面的應用越來越廣泛。在基站的信號發送端，峰值功率為幾百瓦甚至上千瓦的功率放大器成為基站建設的核心組件，在國防建設中，所使用的微波功率也越來越大，比如地面上的雷達功率，已經要求達到上百瓦、甚至上千瓦。在微波能應用設備中，常用的微波源功率可從幾十瓦到數百千瓦。一個微波信號的主要特征包括頻率和幅度兩部分。在低頻電路中，信號的大小通常通過電壓或者電流的檢測來實現，在高頻段，電壓和電流的檢測由于波長的縮小變得非常困難，而傳輸功率則有確定的數值。故微波功率測量是最重要的微波測量內容之一。

　　國內外在大功率微波測量方面一直存在準確性的問題，主要原因在于用于檢測的定向耦合器的設計存在衰減值不穩定、帶寬窄、工藝難以實現等問題。采用混合結的耦合器由于其耦合系數固定為3dB，不適用于大功率的微波測量。現有的定向耦合器主要有Bethe孔耦合器和波導多孔定向耦合器，Bethe孔耦合器需要主波導和副波導按一定角度斜交，在制造和應用上很不方便，并且它只在設計頻率處工作，帶寬較窄。多孔耦合器解決了頻帶窄的問題，但是由于需要通過耦合系數滿足的響應多項式來設計孔徑的大小及個數，存在可調性差、體積大、設計不方便等缺點。

　　本文設計了一種新型的微波大功率雙定向耦合器，采用耦合片切割磁場激勵電流來實現耦合，可以同時測量入射和反射功率。體積小，針對不同長度的波導可以獨立安裝;采用同軸輸出，方便后端測量;耦合系數可調，方向性好，滿足微波大功率測量的需求。

1、單孔定向耦合理論

　　本文設計的雙定向耦合器以單孔耦合為基礎。小孔耦合是一種較為典型的耦合方式，不需要設計額外的器件就能使能量從波導中耦合出來，尤其是單孔耦合，用于弱耦合情況下非常合適。一個小孔能用電和磁偶極矩組成的等效源代替。考慮圖1的結構，從端口1輸入TE10模。

圖1　小孔耦合示意圖

結論

　　從仿真結果可以看出，該雙定向耦合器的技術指標全部滿足設計要求，且在實際應用中，可以根據輸入功率的實際情況，進行耦合系數的調節。如果需要的耦合系數超出耦合片可以調節的范圍，則可以通過調整波導上所開小孔的尺寸進行進一步調節，而不必重新設計耦合器。所以該雙定向耦合器使用方便，在工程實踐上有很強的應用價值。