定向耦合器是測量微波功率的重要器件。當(dāng)測量大功率微波時(shí)，需要使用大功率弱耦合定向耦合器。通常耦合度越弱，耦合孔的尺寸越小。但是過小的耦合孔會降低定向耦合器的峰值功率。針對弱耦合與大功率的矛盾可以采用多級耦合方式解決。但是多級定向耦合器通常體積龐大，不方便搬運(yùn)。為了解決以上問題，本文需設(shè)計(jì)一種大功率，小型化，弱耦合的矩形波導(dǎo)定向耦合器。本文主要研究內(nèi)容如下：

　　1.矩形波導(dǎo)定向耦合器是通過公共壁上的小孔或縫隙進(jìn)行功率耦合的，所以詳細(xì)研究了小孔耦合理論，推導(dǎo)了小孔耦合公式。為了增加整體的峰值功率，本設(shè)計(jì)采用二級耦合方式，明確每一級定向耦合器需要達(dá)到的指標(biāo)：整體的耦合度由第一級和第二級共同承擔(dān)，整體的方向性由第一級承擔(dān)。

　　2.研究第一級定向耦合器設(shè)計(jì)方案，第一級定向耦合器采用多孔波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)的耦合方式。分別詳細(xì)地推導(dǎo)了圓孔和橢圓孔的耦合計(jì)算公式，并在CST軟件中建立模型。如果兩種耦合結(jié)構(gòu)想要達(dá)到相同的指標(biāo)，需要橢圓孔的數(shù)目更少。為了實(shí)現(xiàn)小型化的目的，最終選擇耦合度為-25dB波導(dǎo)轉(zhuǎn)波導(dǎo)雙排6橢圓孔為第一級定向耦合器。

　　3.研究第二級定向耦合器設(shè)計(jì)方案，第二級定向耦合器采用單縫隙波導(dǎo)轉(zhuǎn)帶狀線的耦合方式。分別介紹了菱形長縫隙和窄槽縫隙的耦合結(jié)構(gòu)，并在CST軟件中建立模型得到相應(yīng)的仿真結(jié)果?？紤]到承載大功率，加工方便以及小型化等因素，最終選擇了耦合度為-25dB的窄槽縫波導(dǎo)轉(zhuǎn)帶狀線為第二級定向耦合器，其中標(biāo)準(zhǔn)的N型同軸接頭垂直插入第二級定向耦合器的副線。第二級定向耦合器實(shí)測結(jié)果滿足技術(shù)指標(biāo)。

　　4.考慮到生產(chǎn)廠商的限制要求，最終設(shè)計(jì)耦合度為-49.4—-50.5dB，方向性小于-25dB的新型二級定向耦合器。理論峰值功率大于3.5MW。新型二級定向耦合器實(shí)測結(jié)果滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。