微带定向耦合器(Microstrip Directional Coupler,MDC)在微波以及毫米波领域中被广泛应用,其中分支线耦合器(Branch-line Coupler,BLC)和环形耦合器(Rat-race Coupler,RRC)作为基础的系统元件经常被用于功分器,移相器,平衡混频器,功率放大器等元器件的设计电路中。随着现代无线通信技术地快速发展,传统的微带定向耦合器已经不能够满足系统的性能要求。单一的频段,过窄的带宽,体积过大以及存在高次谐波这四个方面的问题是制约提高微带定向耦合器性能至关重要的因素。针对这些缺陷本文设计了两款新型的微带定向耦合器:新型小型化双频段分支线耦合器和具有谐波抑制功能的环形耦合器。论文的主要研究工作可以总结为:1.设计了一款新型小型化双频段分支线耦合器,解决了单一频段,体积较大的问题。本文所设计的分支线耦合器在结构上通过端口处加载一段扩展的传输线实现分支线耦合器的双频工作。利用传输线理论将传统的四分之一波长传输线等效为T形传输线结构,可以缩短传输线的长度从而减小耦合器的尺寸。再利用微带过渡的多层结构连接分支线耦合器的顶层部分与底层部分,通过多个金属过孔分别与两层的微带线相连,将整个电路结构对称分布在PCB板的上层与下层可以进一步大幅度降低耦合器的尺寸。最后,将耦合器四个端口处的微带线扩展部分进行适当的折叠处理实现微带双频分支线耦合器小型化的目的。所设计的双频分支线耦合器的工作频率在0.98/1.8GHz,体积为0.14λ×0.16λ,尺寸是其他分支线耦合器[24,36,29]面积的8.6%,15.1%和42.4%。加工制作了耦合器模型,实测与仿真结果吻合良好,各项电参数均满足指标要求。新结构很好地实现了多频段,小型化的设计目的。2.设计了一款新型的小型化具有抑制谐波功能的环形耦合器,解决了体积较大,存在高次谐波的问题。传统的环形耦合器传输线长为1.5λ,本文所设计的新结构通过加载T形枝节减小传输线的物理长度,另外通过调节T形枝节的长宽产生预期的传输零点,从而非常有效地抑制谐波。再利用微带过渡结构将整个对称的环形耦合器分布到上下两层介质板上,环形器的体积会进一步迅速减小。该环形耦合器的工作频率在2.2 GHz,功率平分的效果非常好。抑制深度10 dB以下的带宽从4.7 GHz到20 GHz。该环形耦合器的尺寸为26×13 mm~2,面积是其他具有谐波抑制功能的环形耦合器[38,40]面积的42.8%和17.8%。最后对新结构进行了实物加工及测量,实测结果与仿真结果吻合良好。新的设计结构很好的实现了小型化,高阶谐波抑制的目的。