【正文】 耦合度是一個(gè)負(fù)數(shù)，在習(xí)慣上往往稱其絕對(duì)值，即分貝數(shù)越小耦合越強(qiáng)，分貝數(shù)越大耦合越弱。對(duì)于第二類對(duì)稱理想定向耦合器，假設(shè)端口1和3完全隔離，由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，端口2和4也完全隔離，即 式（410）結(jié)構(gòu)對(duì)稱使散射參數(shù)有下列關(guān)系： 式（411）設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)好匹配，Sii=0（1，2，3，4），綜合以上特點(diǎn)，并考慮到該對(duì)稱四端口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗互易性，最好得第二類對(duì)稱理想耦合器的散射矩陣為 式（412）5. 技術(shù)路線 定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度C、方向性D、隔離度I、插損IL、電壓駐波比VSWR和帶寬等。第一類，假設(shè)端口1和4完全隔離，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，端口2和3也完全隔離，即 式（42）結(jié)構(gòu)對(duì)稱還使散射參數(shù)有下關(guān)系： ， 式（43）設(shè)網(wǎng)絡(luò)各端口均已調(diào)匹配，即Sii=0（1，2，3，4），同時(shí)考慮到網(wǎng)絡(luò)的互易性，綜合上述特點(diǎn)，散射矩陣應(yīng)有如下形式： 式（44）理想無(wú)耗定向耦合器滿足的條件 式（45）[s]H的第一行乘以[s]第一列，得 式（46）[s]H的第一行乘以[s]的第四列，得 式（47）可見(jiàn)S12S13為純虛數(shù)，其中一種可能是 式（48）故第一類對(duì)稱定向耦合器的散射矩陣為 式（49）由此可以看出第一類對(duì)稱理想定向耦合器的一個(gè)特點(diǎn)，在直通臂和耦合臂的外向波之間存在著90176。圖41 波導(dǎo)定向耦合器原理圖雙孔定向耦合器明顯的缺陷是只能在窄頻帶情況下是用，為了展開(kāi)工作頻帶，措施之一是增加小孔數(shù)目，讓個(gè)孔的半徑不相等，或者將耦合空加工成橢圓形或長(zhǎng)槽形，這樣就有可能在一個(gè)較寬的頻帶內(nèi)，經(jīng)這些小孔耦合的眾多的波在隔離臂近似互相抵消，而在耦合臂得以加強(qiáng)。由于k≤1，故可忽略第①小孔分功率后對(duì)P1的影響，而認(rèn)為主波導(dǎo)中第②小孔處的入射波功率仍為P1，經(jīng)小孔②耦合在副波導(dǎo)中再次激勵(lì)起想做有兩個(gè)方向傳輸?shù)腶’波和b’波，他們幅度相等，仍為k|a1|。振幅為a1的入射波，攜帶功率P1由端口1輸入，經(jīng)小孔①耦合，在副波導(dǎo)中激勵(lì)起向左右方向傳輸?shù)膬蓚€(gè)波，在圖中標(biāo)明為a波和b波。圖41給出了波導(dǎo)窄壁雙孔定向耦合功率的原理圖。同樣，在耦合器上標(biāo)注的功率是指輸入端口的最大輸入功率，輸出口和耦合端口不能用標(biāo)注的最大功率輸入。主線損耗：當(dāng)匹配負(fù)載接主線外各端口時(shí)，主線插入損耗包括能量耦合損耗和能量耗散損耗兩方面。參數(shù)說(shuō)明：耦合度：當(dāng)其余端口接匹配負(fù)載時(shí)，耦合端輸出功率與主線輸入功率之比。定向耦合器常有兩種方法實(shí)現(xiàn)，一為耦合定向耦合器，其耦合區(qū)長(zhǎng)度為四分之一的整數(shù)倍，其直接輸出和耦合輸出端口在結(jié)構(gòu)上不相鄰，輸出相位差往往是90度或180度，剩余的一個(gè)端口稱為隔離端，理論上隔離端不輸出任何能量。定向耦合器常用于對(duì)規(guī)定流向微波信號(hào)進(jìn)行取樣。定向耦合器的種類繁多，結(jié)構(gòu)迥異，分析方法也不盡相同，按傳輸線類型分，有波導(dǎo)定向耦合器、同軸線定向耦合器、帶狀線或微帶定向耦合器等；按耦合輸出方向分，有同向定向耦合器和方向定向耦合器等；按耦合強(qiáng)弱分，有強(qiáng)耦合定向耦合器和弱耦合定向耦合器等。定向耦合器是微波系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的元件：它是一種具有方向性功率分配器。（2）有理想定向性的無(wú)耗可逆四端口網(wǎng)絡(luò)不一定四個(gè)端口均匹配，故四個(gè)端口匹配時(shí)定向耦合器的充分條件，而不是必要條件。微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)電路的性能要求越來(lái)越高，電路的功能越來(lái)越多，電路的尺寸要求越做越小，而設(shè)計(jì)周期越來(lái)越短，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，使用微波EDA軟件進(jìn)行微波元器件與微波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為微波電路設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。因?yàn)槲⒉üぷ黝l率高，元件尺寸小，尺寸稍有偏差，微波器件性能就可能發(fā)生很大的變化。傳統(tǒng)制作微波器件方法是手工計(jì)算與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合。本文研究的是微波多端口器件，它們?cè)谖⒉▊鬏斚到y(tǒng)中有多個(gè)端口與傳輸線或其他器件相連，如果器件不匹配，在接頭處會(huì)引起不同程度的反射，造成傳輸能量的損耗，使器件性能變差。這主要是由于微波電路傳輸?shù)氖码姶挪ǘ皇堑皖l電路的電壓和電流。如按網(wǎng)絡(luò)特性分類，則分為：線性與非線性網(wǎng)絡(luò)、互易與非互易網(wǎng)絡(luò)、有耗與無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)、對(duì)稱與非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)。微波器件的種類繁多，按導(dǎo)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類，可分為波導(dǎo)型、同軸線型、微帶線型等；按工作波形分類，可分為單模元件和多模元件；按功能分類，分為：匹配元件、連接元件、定向耦合元件、濾波元件、衰減與相移元件、諧振器等。在最佳條件下制備了大面積（2cm2）銀樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的周期性陣列，可見(jiàn)光透射峰的出現(xiàn)和聚焦實(shí)驗(yàn)證實(shí)制備的銀樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)陣列在藍(lán)光波段480 nm 處實(shí)現(xiàn)了左手效應(yīng)。2009年9月，趙曉鵬研究組制備出藍(lán)光波段左手材料。圖32 氧化鋁底板測(cè)試樣品2008年8月，西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院趙曉鵬研究組在紅外波段左手材料制備方面的研究取得新進(jìn)展。通過(guò)模擬與測(cè)試，單一結(jié)構(gòu)中能同時(shí)出現(xiàn)電諧振和磁諧振，并且由于諧振負(fù)區(qū)的重合而形成“雙負(fù)”區(qū)域。2008年6月，西安交通大學(xué)采用一種“巨”字形結(jié)構(gòu)[3]，利用絲網(wǎng)印刷在氧化鋁基板上進(jìn)行加工制作，獲得同時(shí)具有磁諧振和電諧振結(jié)構(gòu)組成的左手材料。能否通過(guò)單一結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)“雙負(fù)”？國(guó)內(nèi)研究者進(jìn)行了嘗試。但是，由于LHM的結(jié)構(gòu)單元遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，目前的刻蝕工藝已經(jīng)嚴(yán)重制約了光波段LHM的進(jìn)一步發(fā)展。這是首次利用化學(xué)方法制備左手材料，對(duì)左手材料的發(fā)展起到了巨大推動(dòng)作用。2008年，德國(guó)斯圖加特大學(xué)Liu 等制備了多層的U形金納米環(huán)結(jié)構(gòu)，分別在120 THz和200 THz附近實(shí)現(xiàn)了負(fù)的介電常數(shù)和負(fù)的磁導(dǎo)率。在光通信控制技術(shù)方面，此前的研究熱點(diǎn)是硅微細(xì)線光導(dǎo)波路及光子結(jié)晶，而此次LHMs的開(kāi)發(fā)成功，則提供了一種全新的光控方法。2005年， μm的紅外線區(qū)域呈現(xiàn)負(fù)折射率的人造介質(zhì)左手性特異材料。同年，加拿大多倫多大學(xué)的科學(xué)家制造出一種左手鏡片，其工作原理與具有微波波長(zhǎng)的射線有關(guān)，這種射線在電磁波頻譜緊鄰無(wú)線電波。2004年，俄羅斯莫斯科理論與應(yīng)用電磁學(xué)研究所宣布用左手材料研制成功一種具有超級(jí)分辨率的鏡片，這種鏡片可以構(gòu)成不會(huì)丟失信息、將所有能量完全復(fù)制到成像點(diǎn)的完美透鏡（Perfect Lens）。2004年，國(guó)際學(xué)術(shù)界開(kāi)始出現(xiàn)中國(guó)科學(xué)家的身影。 39?！蹲匀弧冯s志發(fā)表文章，描述了電磁波在兩維光子晶體中的負(fù)折射現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2002年7月，瑞士ETHZ實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們宣布制造出三維的左手材料。圖31 　周期排列的金屬線結(jié)構(gòu) 新