耦合器光電測試

⒈用萬用表判斷好壞，如圖3，斷開輸入端電源，用R×1k檔測1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應(yīng)為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，3、4間腳電阻發(fā)生變化，說明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。

⒉簡易測試電路，當接通電源后，LED不發(fā)光，按下SB，LED會發(fā)光，調(diào)節(jié)RP、LED的發(fā)光強度會發(fā)生變化，說明被測光電耦合器是好的。

原理類比：

老張的南北兩側(cè)的白菜地各分了3份，老張希望通過一次性水道改動，每份地從主干水道上獲得一小部分水流，水流速度和其他的地盡量相同，如圖1所示。這樣老張就可以在樹蔭下歇一段時間，不用再做任何的水道改動，所有的地同時澆完。

耦合器是從無線信號主干通道中提取出一小部分信號的射頻器件，如圖2所示，與功分器一樣都屬于功率分配器件，不同的是耦合器是不等功率的分配器件。耦合器與功分器搭配使用，主要為了達到一個目標—使信號源的發(fā)射功率能夠盡量平均分配到室內(nèi)分布系統(tǒng)的各個天線口，使每個天線口的發(fā)射功率基本相同。

理想耦合器的輸入端口功率等于耦合端口功率與輸出端口功率之和，以瓦特（W）為單位，即

如圖3所示。

耦合器的重要指標是耦合度和插損。耦合度是耦合端口與輸入端口的功率之比，以dB表示的話，一般是負值。耦合度的絕對值越大，相當于拿走的東西越少，自然耦合器的損耗就越小。插損是輸出端口與輸入端口的功率之比。耦合度的絕對值越大，插損的絕對值越小。

以dB表示的話，有下列關(guān)系：

那么，耦合器的插損（dB）和耦合度（dB）的關(guān)系可以表示為：

實例：

一個耦合度為?10dB的耦合器，它的插損就為?0.5dB。取絕對值，再考慮到介質(zhì)損耗，一般插損會更大一些，不同廠家不一樣，一般插損可取0.7dB左右。

假若輸入端口功率為15dBm，那么這個耦合器的耦合端口的功率就是15dBm-10dB=5dBm，輸出端口的功率就是15dBm-0.7dB=14.3dBm。

在此很多人會問這樣一個問題：5dBm 14.3dBm>15dBm，能量不守恒，為什么？原因很簡單，以dBm為單位的數(shù)量不能相加。

在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

⒈工作特性（以光敏三極管為例）

光電耦合器內(nèi)部共模抑制比很高。因為發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很?。?pF以內(nèi)），共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。

⒉輸出特性

光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關(guān)系，當IF=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應(yīng)的IC基本上與VCE無關(guān)。IC與IF之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。

⒊光電耦合器可作為線性耦合器使用

在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。

⒈組成開關(guān)電路

當輸入信號ui為低電平時，晶體管V1處于截止狀態(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當于開關(guān)“斷開”；當ui為高電平時，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當于開關(guān)“接通”．該電路因Ui為低電平時，開關(guān)不通，故為高電平導(dǎo)通狀態(tài)．同理，因無信號（Ui為低電平）時，開關(guān)導(dǎo)通，故為低電平導(dǎo)通狀態(tài)．

2．組成邏輯電路

電路為“與門”邏輯電路。其邏輯表達式為P=A．B.圖中兩只光敏管串聯(lián)，只有當輸入邏輯電平A=1、B=1時，輸出P=1．同理，還可以組成“或門”、“與非門”、“或非門”等邏輯電路．

3．組成隔離耦合電路

電路如圖4所示．這是一個典型的交流耦合放大電路．適當選取發(fā)光回路限流電阻Rl，使B4的電流傳輸比為一常數(shù)，即可保證該電路的線性放大作用。

4．組成高壓穩(wěn)壓電路

驅(qū)動管需采用耐壓較高的晶體管（圖中驅(qū)動管為3DG27）。當輸出電壓增大時，V55 的偏壓增加，B5中發(fā)光二極管的正向電流增大，使光敏管極間電壓減小，調(diào)整管be結(jié)偏壓降低而內(nèi)阻增大，使輸出電壓降低，而保持輸出電壓的穩(wěn)定．

⒌組成門廳照明燈自動控制電路

A是四組模擬電子開關(guān)（S1~S4）：S1，S2，S3并聯(lián)（可增加驅(qū)動功率及抗干擾能力）用于延時電路，當其接通電源后經(jīng)R4，B6驅(qū)動雙向可控硅VT，VT直接控制門廳照明燈H；S4與外接光敏電阻Rl等構(gòu)成環(huán)境光線檢測電路。當門關(guān)閉時，安裝在門框上的常閉型干簧管KD受到門上磁鐵作用，其觸點斷開，S1，S2，S3處于數(shù)據(jù)開狀態(tài)。晚間主人回家打開門，磁鐵遠離KD，KD觸點閉合。此時9V電源整流后經(jīng)R1向C1充電，C1兩端電壓很快上升到9V，整流電壓經(jīng)S1，S2，S3和R4使B6內(nèi)發(fā)光管發(fā)光從而觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，VT亦導(dǎo)通，H點亮，實現(xiàn)自動照明控制作用。房門關(guān)閉后，磁鐵控制KD，觸點斷開，9V電源停止對C1充電，電路進入延時狀態(tài)。C1開始對R3放電，經(jīng)一段時間延遲后，C1兩端電壓逐漸下降到S1，S2，S3的開啟電壓（1.5v）以下，S1，S2，S3恢復(fù)斷開狀態(tài)，導(dǎo)致B6截止，VT亦截止，H熄來，實現(xiàn)延時關(guān)燈功能。

耦合器定向種類

定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件，它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的。首先介紹定向耦合器的性能指標，然后介紹波導(dǎo)雙孔定向耦合器、雙分支定向耦合器和平行耦合微帶定向耦合器。

1）定向耦合器的性能指標

定向耦合器是四端口網(wǎng)絡(luò)，端口“①”為輸入端，端口“②”為直通輸出端，端口“③”為耦合輸出端，端口“④”為隔離端，并設(shè)其散射矩陣為[S]。描述定向耦合器的性能指標有： 耦合度、隔離度、 定向度、輸入駐波比和工作帶寬。下面分別加以介紹。

2）隔離度

輸入端“①”的輸入功率P1和隔離端“④”的輸出功率P4之比定義為隔離度，記作I。

⑶定向度

耦合端“③”的輸出功率P3與隔離端“④”的輸出功率P4之比定義為定向度，記作D。

⑷輸入駐波比

端口“②、 ③、 ④”都接匹配負載時的輸入端口“①”的駐波比定義為輸入駐波比，記作ρ。

⑸工作帶寬

工作帶寬是指定向耦合器的上述C、 I、 D、 ρ等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。

耦合器波導(dǎo)種類

波導(dǎo)雙孔定向耦合器是最簡單的波導(dǎo)定向耦合器，主、副波導(dǎo)通過其公共窄壁上兩

個相距d=（2n 1）λg0/4 的小孔實現(xiàn)耦合其中，λg0是中心頻率所對應(yīng)的波導(dǎo)波長，n為正整數(shù)，一般取n=0。耦合孔一般是圓形，也可以是其它形狀。當工作在中心頻率時，βd=π/2，此時D→∞; 當偏離中心頻率時，secβd具有一定的數(shù)值，此時D不再為無窮大。實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上，其定向性也不是無窮大，而只能在30dB左右。

總之，波導(dǎo)雙孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而實現(xiàn)主波導(dǎo)的定向輸出，在耦合口上同相疊加，在隔離口上反相抵消。為了增加定向耦合器的耦合度，拓寬工作頻帶，可采用多孔定向耦合器，

耦合器雙分種類

雙分支定向耦合器由主線、副線和兩條分支線組成，其中分支線

的長度和間距均為中心波長的1/4，如圖 5 - 15 所示。設(shè)主線入口線“①”的特性阻抗為，主線出口線“②”的特性阻抗為（k為阻抗變換比），副線隔離端“④”的特性阻抗為，副線耦合端“③”的特性阻抗為，平行連接線的特性阻抗為Z0p，兩個分支線特性阻抗分別為和。

耦合器平行種類

平行耦合微帶定向耦合器是一種反向定向耦合器，其耦合輸出端與主輸入端在同一側(cè)面，如右圖所示，端口in為輸入口,端口out為直通口，端口ocup為耦合口，端口“④”為隔離口。

隔離器也叫反向器，電磁波正向通過它時幾乎無衰減，反向通過時衰減很大。常用的隔離器有諧

振式和場移式兩種。

耦合器諧振式隔離器

由于鐵氧體具有各向異性，因此在恒定磁場Hi作用下，與Hi方向成左、右螺旋關(guān)系的左、右圓極化旋轉(zhuǎn)磁場具有不同的導(dǎo)磁率（分別設(shè)為μ-和μ ）。設(shè)在含鐵氧體材料的微波傳輸線上的某一點，沿 z方向傳輸左旋磁場，沿-z方向傳輸右旋磁場，兩者傳輸相同距離，但對應(yīng)的磁導(dǎo)率不同，故左右旋磁場相速不同，所產(chǎn)生相移也就不同，這就是鐵氧體相移不可逆性。另一方面，鐵氧體具有鐵磁諧振效應(yīng)和圓極化磁場的諧振吸收效應(yīng)。

所謂鐵氧體的鐵磁諧振效應(yīng)，是指當磁場的工作頻率ω等于鐵氧體的諧振角頻率ω0時，鐵氧體對微波能量的吸收達到最大值。而對圓極化磁場來說，左、右旋極化磁場具有不同的磁導(dǎo)率，從而兩者也有不同的吸收特性。

對反向傳輸?shù)挠倚龢O化磁場，磁導(dǎo)率為μ ，它具有鐵磁諧振效應(yīng)，而對正向傳輸?shù)淖髽O化磁場，磁導(dǎo)率為μ-，它不存在鐵磁諧振特性，這就是圓極化磁場的諧振效應(yīng)。鐵氧體諧振式隔離器正是利用了鐵氧體的這一特性制成的。

耦合器場移式隔離器

場移式隔離器是根據(jù)鐵氧體對兩個方向傳輸?shù)牟ㄐ彤a(chǎn)生的場移作用不同而制成的。

它在鐵氧體片側(cè)面加上衰減片，由于兩個方向傳輸所產(chǎn)生場的偏離不同，使沿正向（-z方向）傳輸波的電場偏向無衰減片的一側(cè)，而沿反向（ z方向）傳輸波的電場偏向衰減片的一側(cè)，從而實現(xiàn)了正向衰減很小而反向衰減很大的隔離功能，如圖 5 - 32所示。

由于場移式隔離器具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單且有較寬的工作頻帶等特點，因此在小功率場合得到了較為廣泛的應(yīng)用。

耦合器相關(guān)專業(yè)術(shù)語：

表2 耦合器技術(shù)規(guī)格

光纖耦合器可分標準耦合器（雙分支，單位1×2，亦即將光訊號分成兩個功率）、星狀/樹狀耦合器、以及波長多工器（WDM，若波長屬高密度分出，即波長間距窄，則屬于DWDM），制作方式則有燒結(jié)（Fuse）、微光學(xué)式（Micro Optics）、光波導(dǎo)式（Wave Guide）三種，而以燒結(jié)式方法生產(chǎn)占多數(shù)（約有90%）。燒結(jié)方式的制作法，是將兩條光纖并在一起燒融拉伸，使核芯聚合一起，以達光耦合作用，而其中最重要的生產(chǎn)設(shè)備是融燒機，也是其中的重要步驟，雖然重要步驟部份可由機器代工，但燒結(jié)之后，仍須人工作檢測封裝，因此人工成本約占10～15%左右，再者采用人工檢測封裝須保品質(zhì)的一致性，這也是量產(chǎn)時所必須克服的，但技術(shù)困難度不若DWDM module及光主動元件高，因此初期想進入光纖產(chǎn)業(yè)的廠商，大部分會從光耦合器切入，毛利則在20～30%。

國外企業(yè)有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陸設(shè)廠生產(chǎn)光纖耦合器。

工業(yè)耦合器國家標準

GB/T11918-2001《工業(yè)用插頭插座和耦合器第1部分：通用要求》

GB/T11919-2001《工業(yè)用插頭插座和耦合器第2部分：帶插銷和插套的電器附件的尺寸互換性要求》

工業(yè)耦合器國際標準

IEC60309《工業(yè)用插頭插座和耦合器第1部分：通用要求》2100433B

名稱： 8芯耦合器

型號： JX-103

1）帶狀光纖對接準確可靠：JX-103 8芯耦合器采用帶芯夾具定位固定帶纖，使用精密 陶瓷V槽對接帶狀光

纖，在同一個V槽內(nèi)依次將被連接的兩根光纖對接耦合，能保證 光纖對接準確可靠；

2）低對接損耗：JX-103 8芯耦合器對接損耗小，單根光纖平均損耗不大于 0.5dB；

3）體積小、重量輕、攜帶方便。