在微波系统中,定向耦合器是一种应用广泛的微波元件,它可以按照一定比例从主波导提取功率并从副波导定向输出,实现功率调节、采样、监测等功能。随着雷达系统、电子侦察与对抗、工业微波能应用等高新技术的发展,对大功率定向耦合器的结构尺寸和各项技术指标要求越来越高,新型定向耦合器的研究成为微波技术的重点研究方向之一。本文针对波导微带结构定向耦合器进行优化设计,主线采用国标BJ58波导,具有普适性、大功率、机械强度高的特点,副线采用紧凑型微带线结构,相比波导型定向耦合器的截面面积减小了约1/2,实现了小型化设计。本文首先详细分析了波导微带两种不同传输线通过矩形孔及圆孔耦合的过程,讨论了矩形孔及圆形孔结构对耦合度曲线的约束关系,推导了波导微带两种不同传输线实现定向耦合的双孔的孔间距离公式,并通过仿真验证了矩形孔径趋近于两线源和圆形孔径趋近于两点源时该公式的有效性。在此基础上,设计了两款波导微带结构定向耦合器,鱼骨型波导微带结构定向耦合器和双排圆孔波导微带结构定向耦合器。在鱼骨型波导微带结构定向耦合器设计上,采用高介电常数介质基片削弱耦合度曲线在高频部分耦合能量的方法,使得耦合度数值在高低频趋于一致,实现了耦合度曲线的平坦性设计；提出了矩形孔的长边等差数列排布、形成鱼骨型结构的设计方法,拓宽了高方向性频带；通过微带线直角转弯优化了耦合端口,并利用削角抑制了拐弯处的驻波；分析了该结构的功率容量。最终设计出了鱼骨型波导微带结构定向耦合器,具有大功率、小型化、高耦合精度的特点。在双排圆孔波导微带结构定向耦合器设计上,利用加工工艺成熟的圆形孔代替矩形孔,通过调节相对介电常数进一步改善了耦合性能；提出了双排圆孔排布结构,将圆孔从微带线导带中心向垂直于波的传播方向移动,从而克服了圆孔边缘与导带边缘的场耦合所导致的问题,并通过磁耦合实现了高方向性；同时通过削弱边缘孔径大小的方法,减缩了隔离端能量,实现了多孔下的高方向性；通过直角转弯优化了耦合端口,削角抑制了拐弯处驻波；分析了该结构功率容量。最终设计出了双排6孔和双排8孔波导微带结构定向耦合器,实现了大功率、小型化设计的同时,拓宽了工作频带。