高功率微波（HPM: High Power Microwave）辐射场测量是高功率微波技术的重要研究内容之一，是评估HPM源系统固有性能及效应试验结果的主要手段。常用HPM辐射场测量系统是由接收天线、衰减环节、检波环节等部分组成，考虑到被测场具有峰值功率高的特点，测量系统前端的接收天线和衰减环节常选用具有较高功率容量的波导型器件，对L波段而言，波导型器件几何尺寸较大，由其构成的辐射场测量系统体积大、重量重，不便于在外场测试时使用，同时测量系统间的互耦影响也限制了阵列法测量总功率时能够使用的阵元数量，增大了积分误差，降低了辐射场测量的精度。因此研究适用于L波段的小型化HPM辐射场测量系统具有重要意义。本论文针对上述问题，开展了L波段大功率小型化定向耦合器的研究设计工作：1．在广泛调研的基础上，分析了定向耦合器的研究现状，总结了影响定向耦合器设计的三个重要指标，即功率容量、频带范围及体积尺寸；从满足指标要求的角度给出了定向耦合器的小型化设计原则，即在保证功率容量的同时减小耦合器横截面积、在保证方向性满足指标要求的同时缩短耦合结构长度；并根据该原则确定了小型化定向耦合器的结构形式：选用外矩内圆形同轴线作为定向耦合器的主线，在保证功率容量的同时，减小了主线横截面积；副线不需具有较高的功率容量，选用结构紧凑的金属底板共面波导作为定向耦合器的副传输线，进一步减小了副线的横截面积；用菱形缝隙代替多孔阵列作为定向耦合器的耦合结构，在拓宽耦合器频带范围的同时，缩短了耦合结构长度。为L波段大功率小型化定向耦合器的结构优化明确了方向。2．利用小孔耦合理论结合微元法推导给出了菱形缝隙耦合度及方向性的表达式，分析了菱形缝隙结构尺寸与其耦合特性参数之间的关系，即菱形缝隙的短对角线长度2s与耦合度C基本呈线性关系、菱形缝隙长对角线长度2L在一倍波长范围内取适当值时即可满足方向性大于20dB；并在此基础上，利用电磁仿真软件建立了定向耦合器的数值计算模型，验证了理论分析所得结论，最终给出了适用于L波段的定向耦合器结构尺寸，仿真计算结果表明，该尺寸定向耦合器在1GHz~2GHz范围内，耦合度约为50dB，带内平坦度约为1.5dB，方向性大于17dB。3．加工了小型化定向耦合器及相应的转换接头，利用矢量网络分析仪测试了低功率下耦合器的特性参数；结合同轴馈电天线及检波组件等器件搭建了小型化的L波段高功率微波辐射场测量系统，在大功率微波辐射场中与传统波导型测量系统进行了比对实验，验证了小型化测量系统的功率容量。实验结果表明，设计所得定向耦合器在1GHz~2GHz范围内端口驻波小于1.2，耦合度约为47dB，带内平坦度约为2dB，方向性大于17dB，其功率容量不小于1.4MW，能够满足L波段高功率微波辐射场测量需要；且该定向耦合器体积为150mm×46mm×55mm，仅为同频段波导型耦合器体积的十分之一，实现了L波段大功率定向耦合器的小型化设计。