耦合

简介

在涉及耦合（Coupling）这个术语之前，我们先看一个立体声电唱机放大电路的例子。从图1可知，每一个喇叭是同放大器直接相连的，没有放大器就不会有声音；同时，放大器和立体声唱机也是直接相连的2。

然而，左右两个喇叭并没有直接相连，我们可以任意拔去一个喇叭的插头而对其它器件均没有影响，可见喇叭与其它器件的耦合是极弱的。它们之间的耦合又是十分松散的（loose），即只要拔去插头就可以把模块分开，而不需动用电烙铁拆焊印刷板上的导线或焊片。反之，我们如果把模块用导线焊接的方法连接起来，那么它们之间的耦合就较为紧密（tighter coupling）2。

电子线路中，由若干电路构成一个有公共阻抗的网络时，某一电路中电压或电流变化能使其它电路也发生相应变化的现象。按公共阻抗的性质可分为电阻耦合，电感耦合，电容耦合及阻容耦合等3。

主要分类

系统耦合始源于物理学，在物理学上耦合是指两个实体相互依赖于对方的一个量度，分为以下几种：4

非直接耦合

两个模块之间没有直接关系，它们之间的联系完全是通过主模块的控制和调用来实现的4。

数据耦合

一个模块访问另一个模块时，彼此之间是通过简单数据参数（不是控制参数、公共数据结构或外部变量）来交换。

标记耦合

一组模块通过参数表传递记录信息。这个记录是某一数据结构的子结构，而不是简单变量4。

控制耦合

如果一个模块通过传送开关、标志、名字等控制信息，明显地控制选择另一模块的功能，就是控制耦合4。

外部耦合

一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全局数据结构，而且不是通过参数表传递该全局变量的信息，则称之为外部耦合4。

公共耦合

若一组模块都访问同一个公共数据环境，则它们之间的耦合就称为公共耦合。公共的数据环境可以是全局数据结构共享的通信区、内存的公共覆盖区等4。

内容耦合

如果发生下列情形，两个模块之间就发生了内容耦合：4

①一个模块直接访问另一个模块的内部数据4；

②一个模块不通过正常入口转到另一模块内部4；

③两个模块有一部分程序代码重叠（只可能出现于汇编语言中）4；

④一个模块有多个入口4。

强弱程度

耦合的强弱取决于模块的划分是否合理以及模块之间接口的复杂程度。因此，划分模块时应尽量做到：5

①排除模块之间不必要的联系5；

②减少模块之间必不可少的联系的数量5；

③松散模块之间联系的紧密程度5。

这样做，就可以得到相互之间耦合比较弱、比较松散的模块划分5。

应用领域

软件工程中

耦合（Coupling）表示两个子系统（或类）之间的关联程度，当一个子系统（或类）发生变化时对另一个子系统（或类）的影响很小，则称它们是松散耦合的；反之，如果变化的影响很大时，则称它们是紧密耦合的。耦合的强弱取决于模块间接间的复杂性、引用模块的位置和数据的传送方式等。设计时应尽量使模块间的耦合度（Coupling degree）小，模块间的耦合度直接影响系统的可理解性、可测试性、可靠性和可维护性6。

耦合也可分为七级，从低至高为：非直接耦合（Nondirect coupling）、数据耦合（Data coupling）、标记耦合（Stamp coupling）、控制耦合（Control coupling）、外部耦合（External coupling）、公共耦合（Common coupling）、内容耦合（Content coupling）。耦合度应越低越好6。

若两模块间彼此无任何交互，则称之为非直接耦合；若两模块间仅通过参数交换信息则称为数据耦合，一般系统中均需要存在这类耦合；如果模块间传送的参数包含着复合数据结构，则为标记耦合，例如含有若干数据项的数据记录；若传递的参数中含有控制信息则上升为控制耦合，如一个标志信息用于控制模块内部逻辑；当若干模块与同一个外部环境关联，则模块间存在着外部耦合。如I/O处理使所有I/O模块与特定的设备、格式和通信协议相关联；公共耦合则是指模块间存在着全局变量、公共数据区或可共享的文件等；而内容耦合是指模块间存在着一个模块直接转入另一模块的内部或一个模块直接使用另一模块的数据或控制信息6。

耦合效率

在光纤传输中，接口的入端光功率与出端光功率之比。例如，由光源发出的功率与光纤束接受到的功率之比，或在光纤束的末端接收到的光功率与落到光电检测器上的功率之比。对于发射面大于纤芯直径的光源，光纤的数值孔径NA和芯径的乘积是最大耦合效率的标志。对于发射面积小于纤芯直径的其他光源（如激光二极管）只用NA即可用作耦合效率的合适标志。用尾部烧球的光纤与发光管耦合，用拉锥的光纤与激光管耦合都是为了增大数值孔径NA，提高耦合效率7。

工程技术难题

2022年6月27日，在第二十四届中国科协年会闭幕式上，中国科协隆重发布10个对工程技术创新具有关键作用的工程技术难题，其中包括“ 如何解决高温跨介质的热/力/化学耦合建模与表征难题？”。