作为微波射频电路的基础元件,定向耦合器一直以来都是备受关注的研究重点和热点之一。如今在移动通信和物联网发展的相互推动下,人们对信息传输的速度有了更高的要求,这就使得移动通信系统朝着更高的微波频段不断发展,对高性能的定向耦合器的研究与设计也变得非常的迫切。本文首先分析了定向耦合器的基本理论,包括定向耦合器的网络分析、技术指标等,重点对耦合线耦合器和环形定向耦合器进行了奇偶模分析。接着分析了三种常见的缺陷地结构（Defected Ground Structure,DGS）的结构特点和幅频特性,重点研究了 DGS结构的等效电路的提取方法,以及DGS结构的基本特性,为之后的DGS定向耦合器的设计提供了理论基础。然后,本文在传统单节微带耦合线耦合器中引入了 DGS结构以实现提高耦合器耦合度的目的,同时在此基础上又在耦合器的耦合段添加了开路枝节进一步提高了耦合器的方向性,从而设计出了耦合度为6dB的高方向性微带线定向耦合器。所设计的微带线定向耦合器的工作频率为4.5GHz,在中心频率处,S11为-42.35dB,S41为-35.35dB,方向性为29.27dB,耦合度为6dB,各项参数均满足指标要求。并且对此耦合器进行了加工与测试,实物测试与仿真的结果相差不大,很好地实现了增强耦合器耦合度和方向性的目的。最后,本文在传统环形定向耦合器的基础上进行改进,设计了一款小型化谐波抑制环形定向耦合器。首先是在传统环形耦合器中引入了T型传输线,达到了小型化和谐波抑制的效果。在此基础上又在环形耦合器的接地板上蚀刻了矩形DGS结构,提高了微带线的阻抗,拓宽了微带线的宽度,保证了加工的可实现性。在耦合器的中心频率2.2GHz处,S11=-39.59dB,S41=-54.26dB,S21为-3.034dB,S31为-3.036dB,∠S21-∠S31 值为0.536°,∠S24-∠S34 的值为-179.43°,均达到了设计的目标。并且在3.5GHz～21 GHz频率范围内,传输都被抑制在-10dB以下,抑制带宽较宽,而体积仅是传统环形耦合器的28%。此外,对设计出的耦合器进行了加工与测试,测试与仿真结果基本吻合,验证了设计的有效性。