随着太赫兹技术的不断发展,对于太赫兹波段高灵敏度的功率监测系统和大功率信号源的需求日益迫切,定向耦合器作为实现定向功率分配的无源器件,是这两种电路系统的重要组成部分。本文从理论分析、仿真设计和实验加工三个方面对定向耦合器进行了研究,设计了三款不同结构的太赫兹波导定向耦合器。首先,简要介绍了太赫兹定向耦合器的研究背景以及当前的国内外研究进展。随后,对矩形波导和介质集成波导(SIW)的传输特性进行了分析。利用耦合理论,分析了分支线电桥、H面裂缝波导、小孔耦合三种耦合结构的特点,得到了耦合度、定向性与耦合器主要结构尺寸之间的对应关系。通过CST MWS 2013软件仿真设计了三款太赫兹波导定向耦合器,其工作频段均为320~380GHz,讨论了主要的结构参数对于耦合器性能的影响。其中第一款是基于金属矩形波导的分支线电桥定向耦合器,采用了四分支线电桥的结构,讨论了分支线电桥数量、长度和宽度对于耦合度与定向性的影响,并对耦合器的结构进行了优化,该款耦合器的耦合度为3dB,定向性大于12dB,输出幅度不平衡度小于1dB;第二款是基于金属矩形波导的H面裂缝波导定向耦合器,对传统的H面裂缝波导定向耦合器进行了改进,设置两条弯曲的波导在中心位置相交形成一个耦合裂缝,从而代替了传统结构中难以加工的阶梯状结构,改善了耦合器的阻抗匹配性能,增加了带宽,讨论了波导的曲率半径、裂缝长度与耦合器耦合度、定向性之间的关系,该款耦合器的耦合度为3dB,定向性大于12.3dB,输出幅度不平衡度小于1dB。第三款是基于SIW的小孔定向耦合器,在两条垂直排列的SIW的公共金属壁上设置两排交错的耦合小孔实现耦合,讨论了耦合小孔直径、间距、到波导窄壁的距离与耦合度和定向性之间的对应关系,该耦合器的耦合度为20dB,定向性大于10dB,输出幅度不平衡度小于1dB。对H面裂缝波导定向耦合器进行了加工测试,测试结果与仿真结果表现出良好的一致性,能够达到设计指标的要求,并分析了测试误差出现的原因。综上所述,本文设计的太赫兹波导定向耦合器具有良好的性能,在太赫兹电路系统中有着重要的应用价值。