1. 研究目的与意义
定向耦合器是一种微波元件，一般为一个四端口网络，可以用无源或有源器件实现功能，在功率合成与分配等应用中使用。定向耦合器是一种通用的微波/毫米波部件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。现在国内外研究定向耦合器都向体积小、功率容量大、频带宽、插入损耗小，有良好的驻波比和方向性等发展。如今已研制出的高性能的耦合器，如中国电子科技集团公司第四十一研究所研制的耦合器，频率范围可从30kHz达到110GHz，耦合度也有3dB、10dB、20dB各种型号，且它的功率有的可以达到10KW，例如AV70606耦合器，它在保证方向性大于30dB的情况下，功率就可达到10KW。甚至有些公司在耦合度控制在10dB的情况下，它的回波损耗可以低于-50到-60dB，甚至更低。然而在某些特性场合，对耦合器的要求也是越来越高，因而更加优良的耦合器也有待我们去研究。当使用微带线这样的平面准TEM传输线实现耦合结构，在传输线之间得到强耦合是困难的，因为需要实现很小的间距。而强耦合器，特别是3 dB耦合器，在均衡混频、放大器等许多实际电路中被使用。而分支线耦合器是一种适合于得到强耦合的定向耦合结构。其基本工作原理可以使用奇偶模方法方便的分析。由于应用需求的推动，近年来有多种从基本分支线结构演变出来的定向耦合结构被提出，如多枝节分支线耦合器、端口并联枝节以扩展工作带宽的分支线耦合器、可以多频段工作的分支线耦合器等。随着定向耦合器技术的发展，它应用到了更多更广泛的领域当中去，例如相控阵雷达等，越来越多的人开始关注这项技术，这更使定向耦合器得到了长足发展，随着时间的推移它在电子技术领域占到了越来越重要的地位。
HFSS – High FrequencyStructure Simulator,Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件,目前已被ANSYS公司收购;是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件，业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场解器、拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器，能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。HFSS软件拥有强大的天线设计功能，它可以计算天线参量，如增益、方向性、远场方向图剖面、远场3D图和3dB带宽；绘制极化特性，包括球形场分量、圆极化场分量、Ludwig第三定义场分量和轴比。使用HFSS，可以计算：① 基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；②端口特征阻抗和传输常数；③ S参数和相应端口阻抗的归一化S参数；④结构的本征模或谐振解。而且，由Ansoft HFSS和Ansoft Designer构成的Ansoft高频解决方案，是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案，提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段，覆盖了高频设计的所有环节。
本次论文研究的是分支线定向耦合器，而HFSS仿真软件能够快速精确地计算各种射频/微波部件的电磁特性，得到S参数、传播特性、高功率击穿特性，优化部件的性能指标，并进行容差分析，帮助工程师们快速完成设计并把握各类器件的电磁特性，包括：波导器件、滤波器、转换器、耦合器、功率分配/合成器，铁氧体环行器和隔离器、腔体等。因此本次论文使用HFSS仿真软件进行试验的仿真，通过实验初值参数的计算，然后在仿真软件中建模仿真，通过软件得到仿真结果，验证实验的结果。
2. 研究内容与预期目标
本次毕业设计将对于分支线定向耦合器进行分析和仿真，主要研究内容是：
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学习掌握分支线定向耦合器的奇偶模分析方法，理解其工作原理。
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学习掌握在电磁仿真软件中电磁结构的建模和边界条件、激励条件的设置方法。
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本次论文采用的研究方法是实证研究法，实证研究法是科学实践研究的一种特殊形式。其依据现有的科学理论和实践的需要，提出设计，利用科学仪器和设备，在自然条件下，通过有目的有步骤地操纵，根据观察、记录、测定与此相伴随的现象的变化来确定条件与现象之间的因果关系的活动。主要目的在于说明各种自变量与某一个因变量的关系。也就是通过现有的理论进行初值参数的计算，然后通过仿真软件进行实验的仿真，根据结果来确定预测变化和结果的因果关系，通过实验结果的各项指标，验证结果。
（1）阅读文献，掌握有关传输线理论、散射参数等微波基本理论和概念；熟悉HFSS软件建模、仿真条件设置与后处理分析方法。
（2）学习理解分支线定向耦合器工作原理，利用奇偶模理论推导特出其特性方程。
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[1] 廖承恩.微波技术基础.西安电子科技大学出版社
[2] 丁君.工程电磁场与电磁波. 高等教育出版社
[3] David M. Pozar. Microwave engineering. John Wiley amp;Sons, Inc.2005
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1. 2.20-3.20阅读有关文献，初步理解器件工作原理；熟悉软件工具，掌握仿真方法；完成开题报告。
2. 3.21-3.31 对于基本的微带线进行仿真，验证和理解有关微带线的设计数据与公式。
3. 4.1-4.10 学习利用奇偶模理论对于分支线定向耦合器进行分析，掌握描述分支线耦合器特性方程的推导过程。
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