在微波系统中定向耦合器是一种用途较广的微波元件,例如信号发生器中的功率监视装置和接收机中的混频器都要应用定向耦合器。此外,自动增益控制、平衡放大器、调相器以及反射计和微波阻抗电桥等测量仪器也要应用定向耦合器。从结构来看,同轴线、带状线、微带线、波导都可以构成定向耦合器。因此,定向耦合器的种类繁多,差异很大。虽然国内外对定向耦合器的研究时间久、种类多、范围广,特别是对矩形波导定向耦合器的研究可以说是相当成熟,但是对于脊波导的研究却较少见于报道。然而,对于具有相同截面尺寸的脊波导和矩形波导,脊波导具有更宽的单模工作带宽,因此利用脊波导构成定向耦合器将比矩形波导定向耦合器具有更宽的带宽。因此对脊波导定向耦合器进行全面系统的研究,不仅具有重要的现实应用价值而且也具有一定的理论意义。本论文结合现有文献对脊波导定向耦合器从理论分析、数值计算、软件模拟方面进行了系统深入的研究。首先研究了比较简单的单孔耦合的情况,并对小孔设置在脊波导的不同位置进行了研究。在此基础上,对多孔阵列耦合也进行了研究分析。在小孔间距相等的情况下,对小孔孔径按照等孔径分布、二项式分布、切比雪夫分布这几类处理方法及相关设计方案进行了计算对比。重点讨论了各种情况下脊波导定向耦合器的带宽。通过对不同方案的分析比较,逐步实现设计的最优化,从而达到拓宽工作带宽的目的,并使之在工程实践上具有更为宽广的应用价值。本论文的主要研究工作如下:1.系统推导并完善了脊波导定向耦合器的理论基础,给出了耦合孔在不同位置时脊波导定向耦合器的相关尺寸以及电磁参量的计算公式,为脊波导定向耦合器的研究提供了设计理论,大量的研究结果为本领域及相关领域的研究提供了理论参考依据。2.对小孔耦合进行了理论分析和数值计算,并在HFSS中进行了模拟,将数值计算结果与HFSS模拟结果进行了对比,从而证实了理论分析以及数值计算的正确性。3.在多孔阵列耦合中,分析了孔径采用等孔径分布、二项式分布以及切比雪夫分布对定向耦合器带宽的拓展的影响,得出了一系列实用的结论。4.定量研究了定向耦合器结构尺寸对其特性参量的影响。5.运用Matlab语言编制了脊波导定向耦合器的辅助设计程序以及仿真程序。