裂缝电桥的工作原理和结构简介

裂缝电桥属于大孔耦合的定向耦合器。对于矩形波导而言，有宽壁耦合和窄壁耦合两种。前者频带较宽，后者能承受较大的功率。下面对常用的窄壁耦合的定向耦合器（习惯上又称为裂缝电桥）的工作原理做一扼要的介绍。图6.6-5 是它的结构简图和工作原理图。在主副波导的公共窄壁上切去长为l 的一段壁，作为耦合缝隙（耦合段）。合理地选取l的尺寸，就可以使由主波导端口①输入功率的一半耦合到副波导中的端口③，即是说，耦合度C≈3 dB，因此，这种裂缝电桥又称为3 dB（3 分贝）电桥。在端口③处电场的相位滞后于端口②处电场的相位π/2；副波导中的端口④无输出。下面分析它的工作原理。

图6.6-5 波导裂缝电桥

（a）结构简图；（b）工作原理图

设从主波导的端口①输入电场幅度为E 的TE10模式的波，其余端口均接匹配负载。选取合适的波导尺寸，使在主副波导耦合段l 内（又称大波导区域）只能传输TE10和TE20两种模式，对于TE30以上的高次模是截止的。根据叠加原理，可以把端口①输入的波看作是在端口①和端口④同时输入电场幅度为E/2 的偶模（偶对称）波和奇模（奇对称）波的叠加，如图6.6-5（b）所示。偶模波在耦合段l 内激励起的是大波导中的TE10模，它的导波波长为

相移常数为

奇模波在耦合段内激励起的是大波导中的TE20模，它的导波波长为

相移常数为

以上各式中的a 是主副波导宽壁的内尺寸，耦合段的宽度为2a。上述两种模式的波，既传向端口②，又传向端口③。若把耦合段的AA′界面作为相位的零参考点，则端口②处的电场E2为

经整理，得

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端口③处的电场E3为

式中的π 是由于在端口③处TE10的电场与TE20模的电场反相而引起的相位差。经整理，得

由式（6.6-30）和式（6.6-32）知，E2的相位比E3的相位超前π/2。

根据对裂缝电桥的要求，即端口③应输出端口①输入功率的一半，另一半功率由端口②输出，则应有下式

即

这就要求

由此可得

或

在上述计算中由于忽略了结构不连续性的影响，因此由实验确定的l 尺寸与由公式计算得出的l 尺寸是有差别的。在实际结构中，为改善匹配和加宽频带，可以在耦合区的中心线上（沿轴线方向）安置容性螺钉或感性螺杆。另外，为了更有效地抑制高次模，还可以把耦合段的宽度稍微变窄一些，或在窄壁的内侧添加具有一定厚度的金属镶片，以使大波导变窄些。采取这些措施后，耦合段的长度与采取措施前相比，会有些变化。