作为雷达系统和无线通信系统的核心器件之一的微波无源器件,定向耦合器的集成化和小型化已经越来越广泛地被关注和提及。器件的集成化与小型化是解决在同一介质基片上组装多个器件的一种非常有效的途径。众所周知,定向耦合器,作为最常用的微波无源器件之一,其功能是将输入信号按照设计者设计的比例和方向进行分配并输出。往往,定向耦合器性能的好坏直接关系到整个射频电路或系统的性能指标。论文是在已经被提出的多层技术的基础上,仿真和优化了两种多层定向耦合器,分别是多层耦合线定向耦合器和多层Lange定向耦合器,其目的是在实现器件的多层化,从而实现小型化的同时增加其工作带宽,降低其隔离度并将输出端的相位不平衡尽量降低。针对以上提及的目标,本文所做的工作主要如下:(1)论文用奇偶模分析的方法对定向耦合器的工作原理进行了系统地推导和分析,并分别具体介绍了耦合线定向耦合器和Lange定向耦合器的工作原理。接着介绍了定向耦合器的重要参数以及网络分析。(2)本文在传统耦合线耦合器工作原理的基础上,仿真和优化了一种多层耦合线耦合器。该多层耦合线耦合器的物理尺寸为29.68mm×17.54mm×1.16mm,工作频率为f0=11GHz,相对工作带宽达到60%以上。在中心频率处,隔离度与回波损耗均在30dB以下。两输出端的相位差在90°附近。接着在此模型地基础上进行了进一步的优化,使得在工作频带内,该多层定向耦合器的工作带宽有所增加,隔离度和回波损耗也有明显的降低。(3)本文在传统Lange耦合器工作原理的基础上,仿真和优化了一种新型的多层Lange定向耦合器。该多层Lange定向耦合器的物理尺寸为4.0mm×25.0mm×1.748mm。其工作的中心频率为f0=2.5GHz,相对带宽为80%。在中心频率处,隔离度与回波损耗均在15dB以下。