第5章 常用微波元件

1、第五章第五章 微波元件微波元件 轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò) 等效電路法等效電路法第五章第五章 微波元件微波元件5 - 1 引引 言言 微波元件功能：對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行各種變換微波元件功能：對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行各種變換一、按傳輸線型式劃分一、按傳輸線型式劃分 波導(dǎo)型同軸型微帶型微波元件二、按功能（應(yīng)用角度）劃分二、按功能（應(yīng)用角度）劃分 連接元件、終端元件、匹配元件、衰減元件、連接元件、終端元件、匹配元件、衰減元件、相移元件、分配元件、濾波元件、波型變換元件相移元件、分配元件、濾波元件、波型變換元件第五章第五章 微波元件微波元件三、按互易角度劃分三、按互易角度劃分 互易元件、非互易元件互易元件、非互易元件四、按

2、與低頻對(duì)應(yīng)角度劃分四、按與低頻對(duì)應(yīng)角度劃分 電抗元件、電阻元件、連接元件、分支元件、鐵氧體元件電抗元件、電阻元件、連接元件、分支元件、鐵氧體元件五、按端口數(shù)劃分五、按端口數(shù)劃分 單端口元件、二端口元件、三端口元件、四端口元件單端口元件、二端口元件、三端口元件、四端口元件微波元件微波元件微波網(wǎng)絡(luò)微波網(wǎng)絡(luò)等效電路法等效電路法第五章第五章 微波元件微波元件 5 - 2 波導(dǎo)中的電抗元件波導(dǎo)中的電抗元件電感器：電感器：能夠集中磁場(chǎng)和存儲(chǔ)磁能的元件能夠集中磁場(chǎng)和存儲(chǔ)磁能的元件電容器：電容器：能夠集中電場(chǎng)和存儲(chǔ)電能的元件能夠集中電場(chǎng)和存儲(chǔ)電能的元件 一、電容膜片一、電容膜片 Capacitive iris

3、在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊金屬膜片，在其上對(duì)稱或不對(duì)稱之處開在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊金屬膜片，在其上對(duì)稱或不對(duì)稱之處開一個(gè)與波導(dǎo)寬壁尺寸相同的窄長(zhǎng)窗口。一個(gè)與波導(dǎo)寬壁尺寸相同的窄長(zhǎng)窗口。電納近似計(jì)算公式電納近似計(jì)算公式04ln csc2pbdBYb驏=桫電抗元件：利用微波傳輸線中結(jié)構(gòu)尺寸的不連續(xù)性組成電抗元件：利用微波傳輸線中結(jié)構(gòu)尺寸的不連續(xù)性組成08ln csc2pbdBYb驏=桫對(duì)稱對(duì)稱 不對(duì)稱不對(duì)稱 第五章第五章 微波元件微波元件在波導(dǎo)窄壁上放置金屬膜片后，會(huì)使波導(dǎo)寬壁上的電流產(chǎn)生分流，在波導(dǎo)窄壁上放置金屬膜片后，會(huì)使波導(dǎo)寬壁上的電流產(chǎn)生分流，于是在膜片的附近會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并存儲(chǔ)一部分磁能。

4、于是在膜片的附近會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并存儲(chǔ)一部分磁能。二、電感膜片電感膜片 Inductive iris 20ctg2pdBYaa驏= -桫電納近似計(jì)算公式電納近似計(jì)算公式對(duì)稱對(duì)稱 不對(duì)稱不對(duì)稱 220ctg1csc22pddBYaaa輊驏驏鼢瓏犏= -+鼢瓏鼢瓏犏桫桫臌第五章第五章 微波元件微波元件三、三、 諧振窗諧振窗 Resonant windowResonant window在橫向金屬膜片上開設(shè)一個(gè)小窗，稱為諧振窗。在橫向金屬膜片上開設(shè)一個(gè)小窗，稱為諧振窗。 四、銷釘四、銷釘 PostPost 在矩形波導(dǎo)中插入一根或多根垂直對(duì)穿波導(dǎo)壁的金屬圓棒在矩形波導(dǎo)中插入一根或多根垂直對(duì)穿波導(dǎo)壁的金屬圓棒

5、 （一）電感銷釘（一）電感銷釘（二）電容銷釘（二）電容銷釘工作頻率工作頻率= =諧振頻率，匹配諧振頻率，匹配工作頻率工作頻率 諧振頻率，諧振窗具容性諧振頻率，諧振窗具容性0222seclncos2p YBaaara= -輊驏犏-犏桫臌224p rB b= -%第五章第五章 微波元件微波元件五、螺釘五、螺釘 ScrewerScrewer 螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，電納的性質(zhì)和大小可隨之改變，螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，電納的性質(zhì)和大小可隨之改變， 使用方便，是小功率微波設(shè)備中常采用的調(diào)諧和匹配元件。使用方便，是小功率微波設(shè)備中常采用的調(diào)諧和匹配元件。 444pppddd=電容電容電感電感串聯(lián)諧

6、振串聯(lián)諧振第五章第五章 微波元件微波元件六、波導(dǎo)的六、波導(dǎo)的T T型接頭型接頭 T junctionT junction 將一路電磁能量變成二路或更多將一路電磁能量變成二路或更多 （一）（一）ET接頭（總與反相聯(lián)系）接頭（總與反相聯(lián)系）1 1、口輸入，口輸入，、均有輸出均有輸出2 2、口輸入，口輸入，、均有輸出均有輸出3 3、口輸入，口輸入，、等幅反相輸出等幅反相輸出4 4、等幅同相輸入，等幅同相輸入，口無輸出口無輸出5 5、等幅反相輸入，等幅反相輸入，口輸出最大口輸出最大第五章第五章 微波元件微波元件（二）（二）HT接頭（總與同相聯(lián)系）接頭（總與同相聯(lián)系）1、口輸入，口輸入，、均有輸出均有輸

7、出2、口輸入，口輸入，、均有輸出均有輸出3、口輸入，口輸入，、等幅同相輸出等幅同相輸出3、等幅同相輸入，等幅同相輸入，口輸出最大口輸出最大4、等幅反相輸入，等幅反相輸入，口無輸出口無輸出第五章第五章 微波元件微波元件（三）（三）T型接頭的型接頭的S參數(shù)參數(shù)1、S矩陣矩陣111112132221222333313233riririUUSSSUSSSUSSSUU驏驏驏鼢瓏鼢瓏鼢 瓏鼢 瓏=鼢瓏 鼢瓏 鼢瓏 鼢鼢瓏桫桫桫%2、互易性、互易性1221SS=1331SS=2332SS=3、對(duì)稱性、對(duì)稱性1122SS=4、S矩陣僅有矩陣僅有5個(gè)獨(dú)立參數(shù)個(gè)獨(dú)立參數(shù)HT接頭接頭ET接頭接頭 112111222

8、20S驏=-桫 11211122220S驏=桫1323SS=第五章第五章 微波元件微波元件5 5、互易又無耗（么正性）、互易又無耗（么正性）*111213111213*121123121123*132333132333100010001TSSSSSSSSSSSSSSSSSS驏驏驏鼢瓏鼢 瓏鼢 瓏鼢=瓏鼢瓏鼢瓏鼢鼢瓏桫桫桫 * 1 TSS輊=犏臌 * 1 TS S輊=犏臌對(duì)稱對(duì)稱展開得展開得*222111213222121123111212111323110SSSSSSS SS SS S+=+=+=M第五章第五章 微波元件微波元件（四）功率合成（分配）器（四）功率合成（分配）器1、ET接頭接頭2

9、、HT接頭接頭口輸入，口輸入，、等幅反相輸出（分路）等幅反相輸出（分路）、等幅反相輸入，等幅反相輸入，口輸出最大（合成）口輸出最大（合成）口輸入，口輸入，、等幅同相輸出（分路）等幅同相輸出（分路）、等幅同相輸入，等幅同相輸入，口輸出最大（合成）口輸出最大（合成）第五章第五章 微波元件微波元件 5 - 3 連接元件和終端負(fù)載連接元件和終端負(fù)載一、連接元件連接元件 接頭接頭：把相同類型傳輸線連接在一起的裝置。把相同類型傳輸線連接在一起的裝置。轉(zhuǎn)接元件轉(zhuǎn)接元件：把不同類型的傳輸線連接在一起的裝置。把不同類型的傳輸線連接在一起的裝置。（一）接頭（一）接頭 （法蘭盤）（法蘭盤）（a）平接頭）平接頭（b）

10、抗流接頭）抗流接頭（真正短路）（真正短路）結(jié)論：結(jié)論：1、2物理上無接觸，物理上無接觸，但但 Z in = 0，把把Rk置于電流波置于電流波節(jié)，節(jié)， 雖有電阻影響卻不大雖有電阻影響卻不大第五章第五章 微波元件微波元件（二）轉(zhuǎn)接元件（二）轉(zhuǎn)接元件 1、同軸線、同軸線波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器 2、波導(dǎo)、波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)接器微帶轉(zhuǎn)接器 波導(dǎo)波導(dǎo)(Ze=400-500 ) 微帶線微帶線(Z0=50 )中間加脊波導(dǎo)過渡段實(shí)現(xiàn)阻抗匹配中間加脊波導(dǎo)過渡段實(shí)現(xiàn)阻抗匹配第五章第五章 微波元件微波元件3、 同軸線同軸線微帶轉(zhuǎn)接器微帶轉(zhuǎn)接器同軸線內(nèi)導(dǎo)體直徑的選取同軸線內(nèi)導(dǎo)體直徑的選取與微帶線的特性阻抗有關(guān)與微帶線的特性阻抗有

11、關(guān)通常使內(nèi)導(dǎo)體直徑等于微帶線中心導(dǎo)帶寬度通常使內(nèi)導(dǎo)體直徑等于微帶線中心導(dǎo)帶寬度4、矩形波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)圓波導(dǎo)模式變換器圓波導(dǎo)模式變換器 大多采用波導(dǎo)橫截面的逐漸變化來達(dá)到模式的變換大多采用波導(dǎo)橫截面的逐漸變化來達(dá)到模式的變換 第五章第五章 微波元件微波元件（三）彎頭（三）彎頭 1、E 面面 90o 彎彎 2、H 面面 90o 彎彎 3、扭折、扭折 第五章第五章 微波元件微波元件二、終端負(fù)載終端負(fù)載 傳輸線終端所接元件傳輸線終端所接元件（一）匹配負(fù)載（一）匹配負(fù)載匹配負(fù)載能幾乎無反射地吸收入射波的全部功率匹配負(fù)載能幾乎無反射地吸收入射波的全部功率當(dāng)需要在傳輸系統(tǒng)工作于行波狀態(tài)時(shí)，都要用到匹配負(fù)載當(dāng)

12、需要在傳輸系統(tǒng)工作于行波狀態(tài)時(shí)，都要用到匹配負(fù)載 對(duì)匹配負(fù)載的基本要求對(duì)匹配負(fù)載的基本要求（1）有較寬的工作頻帶）有較寬的工作頻帶（2) 輸入駐波比小輸入駐波比?。?）有一定的功率容量）有一定的功率容量 第五章第五章 微波元件微波元件(二）短路負(fù)載短路負(fù)載 作用：作用：將電磁能量全部反射回去將電磁能量全部反射回去1、接觸式、接觸式2、抗流式、抗流式 （1）波導(dǎo)型）波導(dǎo)型 （2）同軸型）同軸型第五章第五章 微波元件微波元件5 - 4 衰減器和移相器衰減器和移相器衰減器和移相器均屬于二端口網(wǎng)絡(luò)衰減器和移相器均屬于二端口網(wǎng)絡(luò)衰減器對(duì)通過它的微波能量產(chǎn)生衰減衰減器對(duì)通過它的微波能量產(chǎn)生衰減移相器對(duì)通過

13、它的微波信號(hào)產(chǎn)生一定的相移；微波能量可無衰減地通過移相器對(duì)通過它的微波信號(hào)產(chǎn)生一定的相移；微波能量可無衰減地通過一、衰減衰減器器 理想的衰減器是只有衰減而無相移的二端口網(wǎng)絡(luò)理想的衰減器是只有衰減而無相移的二端口網(wǎng)絡(luò)衰減器的衰減量表示為：衰減器的衰減量表示為： 10logioPAP=dB第五章第五章 微波元件微波元件衰減器在原理上可以分為吸收式和截止式兩種衰減器在原理上可以分為吸收式和截止式兩種 在波導(dǎo)內(nèi)放入與電場(chǎng)方向平行的吸收片，當(dāng)微波能在波導(dǎo)內(nèi)放入與電場(chǎng)方向平行的吸收片，當(dāng)微波能量通過吸收片時(shí)，將吸收一部分能量而產(chǎn)生衰減量通過吸收片時(shí)，將吸收一部分能量而產(chǎn)生衰減（一）吸收式（一）吸收式1、橫

14、移式、橫移式2、刀型、刀型第五章第五章 微波元件微波元件3、旋轉(zhuǎn)極化式、旋轉(zhuǎn)極化式方圓過渡方圓過渡可旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)可旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo) 圓方過渡圓方過渡Pin10TEXPout10TEX內(nèi)置內(nèi)置水平吸收片水平吸收片內(nèi)置隨圓波導(dǎo)一內(nèi)置隨圓波導(dǎo)一同旋轉(zhuǎn)的吸收片同旋轉(zhuǎn)的吸收片內(nèi)置內(nèi)置水平吸收片水平吸收片定義：定義： 1、可變吸收片的垂直線與真正垂直線的夾角為、可變吸收片的垂直線與真正垂直線的夾角為 2、可變吸收片與真正垂直線的夾角可變吸收片與真正垂直線的夾角 （1）原理）原理90+=11TE第五章第五章 微波元件微波元件優(yōu)點(diǎn)：可用角度自定標(biāo)優(yōu)點(diǎn)：可用角度自定標(biāo)A，無需其他標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)，無需其他標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)（2）衰減量）

15、衰減量22sincosEE=最后輸出電場(chǎng)最后輸出電場(chǎng)衰減量衰減量( )22410lg10lgsin 40lg sin40lg co sinoutPEAPEdB=-= -缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜第五章第五章 微波元件微波元件（二）截止式（二）截止式 在傳輸線中插入一小段橫向尺寸較小的傳輸線段，使電磁波經(jīng)在傳輸線中插入一小段橫向尺寸較小的傳輸線段，使電磁波經(jīng)過這段傳輸線后微波能量很快衰減（過這段傳輸線后微波能量很快衰減（=0），控制截止傳輸線的長(zhǎng)度，），控制截止傳輸線的長(zhǎng)度，就可以調(diào)節(jié)衰減量的大小就可以調(diào)節(jié)衰減量的大小（1）原理）原理2222122 1cccccckkk驏=-=-桫驏=-桫j=

16、+=有耗截止時(shí)有耗截止時(shí)第五章第五章 微波元件微波元件（2）衰減衰減量量電場(chǎng)衰減量電場(chǎng)衰減量zlzlee-=112inoutPNplnP=110inoutPdBlgP=18 686Np.dB=21010208 686inlloutPEAlglglg e.l( dB )PEe- 驏=桫28 686cA.l( dB )驏=桫優(yōu)點(diǎn)：可用長(zhǎng)度自定標(biāo)優(yōu)點(diǎn)：可用長(zhǎng)度自定標(biāo)l缺點(diǎn)：起始衰減缺點(diǎn)：起始衰減A0大（大（20dB）第五章第五章 微波元件微波元件二、移相器二、移相器 對(duì)電磁波只產(chǎn)生一定的相移，是一個(gè)無反射、無衰減的二端口網(wǎng)絡(luò)對(duì)電磁波只產(chǎn)生一定的相移，是一個(gè)無反射、無衰減的二端口網(wǎng)絡(luò) 00jjeSe-

17、輊犏=犏臌相移量相移量 2p ll =改變相位的方法：改變改變相位的方法：改變 l 或改變或改變 p（1）原理）原理0201rpr c =驏-桫（2）介質(zhì)移相器）介質(zhì)移相器1、橫移式（尖劈式、階梯式）、橫移式（尖劈式、階梯式）2、旋轉(zhuǎn)式、旋轉(zhuǎn)式第五章第五章 微波元件微波元件5 - 5 阻抗變換器阻抗變換器作用：作用：消除不良反射現(xiàn)象，獲得良好的匹配。消除不良反射現(xiàn)象，獲得良好的匹配。一、阻抗調(diào)配器一、阻抗調(diào)配器由可調(diào)電抗元件改變分支線長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)由可調(diào)電抗元件改變分支線長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)1、單支節(jié)、單支節(jié) 2、雙支節(jié)、雙支節(jié) 3、三支節(jié)、三支節(jié)（一）分支阻抗調(diào)配器（一）分支阻抗調(diào)配器（雙線、（雙線、Coax

18、、ET、HT）（二）螺釘調(diào)配器（二）螺釘調(diào)配器 （波導(dǎo)系統(tǒng)（波導(dǎo)系統(tǒng)）電抗元件：可調(diào)螺釘電抗元件：可調(diào)螺釘1、單螺釘、單螺釘 2、雙螺釘、雙螺釘 3、三螺釘、三螺釘晶體檢波器晶體檢波器第五章第五章 微波元件微波元件（一）單節(jié)阻抗變換器（一）單節(jié)阻抗變換器 二、阻抗變換器二、阻抗變換器在負(fù)載和傳輸線之間插入一段或多段傳輸線段在負(fù)載和傳輸線之間插入一段或多段傳輸線段2012aZeba=驏-桫312ZeZe Ze=312bb b=缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1、頻帶窄、頻帶窄 2、Zl、Z0差距大時(shí)，尺寸突變大，不連續(xù)電容大差距大時(shí)，尺寸突變大，不連續(xù)電容大第五章第五章 微波元件微波元件（二）多節(jié)階梯阻抗變換器（二

19、）多節(jié)階梯阻抗變換器 （三）漸變線阻抗變換器（三）漸變線阻抗變換器 n節(jié)有（節(jié)有（n+1）個(gè)階梯，產(chǎn)生（個(gè)階梯，產(chǎn)生（n+1）個(gè)反射波個(gè)反射波到輸入端產(chǎn)生疊加效果到輸入端產(chǎn)生疊加效果在某些頻率上全部（部分）抵消，形成匹配在某些頻率上全部（部分）抵消，形成匹配在較寬的頻帶內(nèi)有較小的反射系數(shù)在較寬的頻帶內(nèi)有較小的反射系數(shù)第五章第五章 微波元件微波元件5 - 6 定向耦合器（定向耦合器（D.C）波導(dǎo)同軸線帶狀線微帶線按傳輸線類型應(yīng)用：應(yīng)用：1、監(jiān)視功率、頻率、頻譜、監(jiān)視功率、頻率、頻譜 2、功率分配、合成、功率分配、合成 3、混頻器、測(cè)量電橋、混頻器、測(cè)量電橋 4、測(cè)量反射波、測(cè)量反射波單孔耦合多孔

20、耦合連續(xù)耦合平行線耦合按耦合方式同向耦合反向耦合輸出方向90度定向180度定向輸出相位強(qiáng)耦合中等耦合弱耦合按耦合強(qiáng)弱分類分類第五章第五章 微波元件微波元件（a）微帶分支定向耦合器微帶分支定向耦合器 （b）波導(dǎo)單孔定向耦合器波導(dǎo)單孔定向耦合器（c）平行耦合線定向耦合器平行耦合線定向耦合器 （d）波導(dǎo)匹配雙波導(dǎo)匹配雙T（e）波導(dǎo)多孔定向耦合器波導(dǎo)多孔定向耦合器 （f）微帶混合環(huán)微帶混合環(huán)第五章第五章 微波元件微波元件一、定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)定向耦合器的技術(shù)指標(biāo) 輸入端輸入端 直通端直通端耦合端耦合端 隔離端隔離端（一）（一） 耦合度耦合度 C耦合度越大，耦合越弱耦合度越大，耦合越弱1310logP

21、CP=（dB）四端口網(wǎng)絡(luò)四端口網(wǎng)絡(luò)可逆四端口網(wǎng)絡(luò)可逆四端口網(wǎng)絡(luò)212313112110lg20log2iiUCSS U輊犏=犏犏犏臌%（dB）第五章第五章 微波元件微波元件（二）隔離度（二）隔離度 D 1410logPDP=21414112110log20log2iiUDSS U輊犏=犏犏犏臌%有時(shí)用方向性來表示耦合器的隔離性能有時(shí)用方向性來表示耦合器的隔離性能23131324414110lg10lg20lgSSPDDCPSS=-（dB）（dB）理想情況下，理想情況下，P4=0，隔離度為無限大。隔離度為無限大。實(shí)際上由于設(shè)計(jì)或加工制作不完善，常有極小部分功率從隔離端輸出，實(shí)際上由于設(shè)計(jì)或加工制

22、作不完善，常有極小部分功率從隔離端輸出，使隔離度不再為無限大。實(shí)際應(yīng)用中常給定最小值使隔離度不再為無限大。實(shí)際應(yīng)用中常給定最小值 。第五章第五章 微波元件微波元件（三）輸入駐波比（三）輸入駐波比 將定向耦合器除輸入端外，其余各端均接上匹配負(fù)載時(shí)將定向耦合器除輸入端外，其余各端均接上匹配負(fù)載時(shí)輸入端的駐波比即為定向耦合器的輸入駐波比輸入端的駐波比即為定向耦合器的輸入駐波比111111SS+=-（四）頻帶寬度（四）頻帶寬度 耦合度、隔離度耦合度、隔離度( (或方向性或方向性) )及輸入駐波比都滿足指標(biāo)要求時(shí)及輸入駐波比都滿足指標(biāo)要求時(shí)定向耦合器的工作頻帶寬度，簡(jiǎn)稱工作帶寬。定向耦合器的工作頻帶寬度

23、，簡(jiǎn)稱工作帶寬。第五章第五章 微波元件微波元件二、波導(dǎo)型定向耦合器二、波導(dǎo)型定向耦合器 （b b）多孔定向耦合器多孔定向耦合器通過在主、副波導(dǎo)間公共壁上的耦合孔通過在主、副波導(dǎo)間公共壁上的耦合孔將主波導(dǎo)中的電磁能量耦合到副波導(dǎo)中，并具有一定的方向性。將主波導(dǎo)中的電磁能量耦合到副波導(dǎo)中，并具有一定的方向性。副波導(dǎo)各端口輸出功率的大小，決定于耦合孔的大小、形狀和位置副波導(dǎo)各端口輸出功率的大小，決定于耦合孔的大小、形狀和位置（a a）寬壁斜交單孔耦合器寬壁斜交單孔耦合器（c c）十字孔定向耦合器十字孔定向耦合器第五章第五章 微波元件微波元件在兩個(gè)波導(dǎo)的公共窄壁上在兩個(gè)波導(dǎo)的公共窄壁上開有形狀、尺寸完

24、全相同、相距開有形狀、尺寸完全相同、相距 p p / 4 / 4 的兩個(gè)耦合孔的兩個(gè)耦合孔口輸入，大部分從口輸入，大部分從口輸出口輸出縫縫A A、B B兩孔耦合（兩孔耦合（H Hz z）出小功率信號(hào)至副波導(dǎo)出小功率信號(hào)至副波導(dǎo) 口口 同相疊加同相疊加 口口 反相抵消反相抵消（一）雙孔定向耦合器（窄壁耦合）（一）雙孔定向耦合器（窄壁耦合）結(jié)論：結(jié)論：口口 同相疊加同相疊加 有耦合輸出有耦合輸出 口口 反相抵消反相抵消 無耦合輸出無耦合輸出第五章第五章 微波元件微波元件（二）單縫（孔）定向耦合器（寬壁單十字縫耦合）（二）單縫（孔）定向耦合器（寬壁單十字縫耦合）1、分析垂直縫、分析垂直縫主波導(dǎo)主波導(dǎo)

25、xH副波導(dǎo)副波導(dǎo)zH口口Ev2、分析水平縫、分析水平縫主波導(dǎo)主波導(dǎo)zH副波導(dǎo)副波導(dǎo)xH口口 EveEv口接匹配負(fù)載口接匹配負(fù)載 E v E v口口口口 E v第五章第五章 微波元件微波元件三、雙三、雙T和魔和魔T（ Magic T ）（一）雙（一）雙 T =（E-T）+（H-T）1、雙、雙T性質(zhì)性質(zhì) （1）口輸入，口輸入，、等幅反相輸出，等幅反相輸出，口輸出為口輸出為0 （2）口輸入，口輸入，、等幅同相輸出，等幅同相輸出，口輸出為口輸出為0 （3）、等幅同相輸入，等幅同相輸入，口無輸出，口無輸出，口有輸出口有輸出 （4）、等幅反相輸入，等幅反相輸入，口有輸出，口有輸出，口無輸出口無輸出、平分臂

26、平分臂、隔離臂隔離臂第五章第五章 微波元件微波元件2、雙、雙T散射矩陣散射矩陣可逆無耗四端口網(wǎng)絡(luò)（互易、對(duì)稱）可逆無耗四端口網(wǎng)絡(luò)（互易、對(duì)稱）1112131412111314131333141444 00SSSSSSSSSSSSSSS輊犏犏-犏=犏-犏犏臌第五章第五章 微波元件微波元件（二）（二）Magic TMagic T（匹配雙匹配雙T T）（1）匹配特性匹配特性：在理想情況下，四個(gè)端口完全匹配：在理想情況下，四個(gè)端口完全匹配 只要只要、口匹配，口匹配， 、口一定匹配口一定匹配（2）隔離特性隔離特性：當(dāng)：當(dāng)、口具有隔離特性時(shí)口具有隔離特性時(shí) S34= S43= 0 則則、口也具有隔離特性口

27、也具有隔離特性 S12= S21= 0（3）平分特性平分特性：當(dāng)信號(hào)由：當(dāng)信號(hào)由口輸入時(shí)，則反相等分給口輸入時(shí)，則反相等分給、口口 S13 = -S23 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由口輸入時(shí)，則同相等分給口輸入時(shí)，則同相等分給、口口 S14 = S24 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由口輸入時(shí)，則同相等分給口輸入時(shí)，則同相等分給、口口 S31 = S41 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由口輸入時(shí)，則反相等分給口輸入時(shí)，則反相等分給、口口 S32 = -S421、Magic T 性質(zhì)性質(zhì)S11= S22= S33= S44= 0第五章第五章 微波元件微波元件001100111 110021100S輊犏犏-犏=犏-犏犏臌2、Magic T

28、散射矩陣散射矩陣3、Magic T 應(yīng)用應(yīng)用（1）阻抗電橋）阻抗電橋（2）波導(dǎo)平衡混頻器）波導(dǎo)平衡混頻器第五章第五章 微波元件微波元件四、環(huán)形電橋（定向耦合器）四、環(huán)形電橋（定向耦合器）波導(dǎo)型、微帶型波導(dǎo)型、微帶型口口輸輸入入到到口口到到 口口到到 口口左路距左路距4p右路距右路距54p口有輸出口有輸出左路距左路距54p右路距右路距4p 口有輸出口有輸出左路距左路距p右路距右路距2p 口無輸出口無輸出第五章第五章 微波元件微波元件5-7 5-7 微波濾波器微波濾波器 微波濾波器：微波濾波器：分離或組合不同頻率微波信號(hào)的重要器件。分離或組合不同頻率微波信號(hào)的重要器件。 分類：分類：低通（低通（L

29、PFLPF）高通（高通（HPFHPF）帶通（帶通（BPFBPF）帶阻（帶阻（BSFBSF）第五章第五章 微波元件微波元件微波濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)微波濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)（一）截止頻率（一）截止頻率 f fc c（通通、阻帶頻率范圍、阻帶頻率范圍 f f1 1、f f2 2）（二）通帶內(nèi)允許的最大衰減（二）通帶內(nèi)允許的最大衰減 L LArAr（dBdB）（三）阻帶內(nèi)允許的最小衰減（三）阻帶內(nèi)允許的最小衰減 L LAsAs（dBdB）微波濾波器的衰減特性微波濾波器的衰減特性（一）理想（一）理想 LPFLPF（物理上不易實(shí)現(xiàn)）物理上不易實(shí)現(xiàn)）（二）巴特沃斯（二）巴特沃斯 ButtorworthBut

30、torworth （最大平坦式最大平坦式）（三）切比雪夫（三）切比雪夫 TchebyscheffTchebyscheff（等起伏式）等起伏式）第五章第五章 微波元件微波元件低通原型低通原型 FilterFilter（一）各種（一）各種 FilterFilter 都可通過低通原型都可通過低通原型 FilterFilter 求得求得（二）為使曲線、圖表廣泛使用（二）為使曲線、圖表廣泛使用 歸一化歸一化低通低通 FilterFilter 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（一）頻率變化到低通原型（一）頻率變化到低通原型（二）查圖表和曲線得到低通原型（二）查圖表和曲線得到低通原型（三）求出實(shí)際（三）求出實(shí)際FilterFilt

31、er的歸一化元件值的歸一化元件值（四）求出實(shí)際（四）求出實(shí)際FilterFilter的的元件值元件值（五）微波實(shí)現(xiàn)（五）微波實(shí)現(xiàn)第五章第五章 微波元件微波元件1、串聯(lián)電感、串聯(lián)電感微波實(shí)現(xiàn)微波實(shí)現(xiàn)（1）短路線）短路線8pl 0000002LinLppZjZ tgllZZjZ tgljZljZZjZ tgljL+=+0pZ lLv=（2）高阻抗線）高阻抗線8pl 0pZ lLv=高阻抗線可等效為一個(gè)串聯(lián)電感高阻抗線可等效為一個(gè)串聯(lián)電感第五章第五章 微波元件微波元件2、并聯(lián)電容、并聯(lián)電容（1）開路線）開路線8pl 00000011LLinLLpZjZ tglZZZZZlZjZ tgljZ tglj

32、ljYvjc+=+=0pY lCv=（2）低阻抗線）低阻抗線8pl 低阻抗線可等效為一個(gè)并聯(lián)電容低阻抗線可等效為一個(gè)并聯(lián)電容0pY lCv=第五章第五章 微波元件微波元件3、微帶實(shí)現(xiàn)、微帶實(shí)現(xiàn)（1）并聯(lián)電感）并聯(lián)電感（2）并聯(lián)電容）并聯(lián)電容8pl ww8pl 00ZZ （3）串聯(lián)諧振回路）串聯(lián)諧振回路18pl 28pl www （4）并聯(lián)諧振回路）并聯(lián)諧振回路18pl 28pl www 第五章第五章 微波元件微波元件5 - 8 微波諧振器（腔）微波諧振器（腔）應(yīng)用：應(yīng)用：微波信號(hào)源、微波濾波器及波長(zhǎng)計(jì)微波信號(hào)源、微波濾波器及波長(zhǎng)計(jì) 速調(diào)管、磁控管等微波電子管的重要組成部分速調(diào)管、磁控管等微波電

33、子管的重要組成部分 微波諧振器：微波諧振器：具有具有儲(chǔ)能與選頻特性儲(chǔ)能與選頻特性的微波元件的微波元件可由一段兩端短路或兩端開路的傳輸線段組成可由一段兩端短路或兩端開路的傳輸線段組成電磁波在其上呈電磁波在其上呈駐波分布駐波分布，電磁能量不能傳輸，只能來回振蕩。，電磁能量不能傳輸，只能來回振蕩。類似低頻電路的類似低頻電路的LC LC 回路回路第五章第五章 微波元件微波元件1 1、LC LC 諧振回路：諧振回路：電場(chǎng)能量電場(chǎng)能量 C ，磁場(chǎng)能量，磁場(chǎng)能量 L 微波諧振器：微波諧振器： 電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量是電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量是空間分布空間分布的；的； 2、LCLC諧振回路：唯一諧振頻率諧振回路：唯一諧

34、振頻率 f0 微波諧振器：無限多個(gè)諧振頻率微波諧振器：無限多個(gè)諧振頻率 f0 （1）傳輸線型諧振腔）傳輸線型諧振腔 （矩形腔、圓柱腔、矩形腔、圓柱腔、Coax腔腔）（2）非傳輸線型諧振腔（）非傳輸線型諧振腔（速調(diào)管、磁控管、行波管速調(diào)管、磁控管、行波管）（1）損耗小，）損耗小，Q值高，諧振阻抗高值高，諧振阻抗高（2）結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、便于加工）結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、便于加工與與LC諧振回路區(qū)別諧振回路區(qū)別分類分類優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)第五章第五章 微波元件微波元件1 1、諧振波長(zhǎng)、諧振波長(zhǎng) 0 0 諧振器中諧振器中該模式該模式的場(chǎng)量的場(chǎng)量發(fā)生諧振發(fā)生諧振時(shí)的波長(zhǎng)時(shí)的波長(zhǎng)描述諧振器中描述諧振器中電磁能量振蕩規(guī)律電磁能量振蕩規(guī)律的

35、參量。的參量。諧振時(shí)，諧振器內(nèi)電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量彼此相互轉(zhuǎn)換諧振時(shí)，諧振器內(nèi)電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量彼此相互轉(zhuǎn)換參考面上參考面上總電納為零總電納為零( )00B f=基本參量基本參量第五章第五章 微波元件微波元件2 2、品質(zhì)因數(shù)、品質(zhì)因數(shù) Q Q 它描述它描述諧振器選擇性的優(yōu)劣諧振器選擇性的優(yōu)劣和和能量損耗的大小能量損耗的大小2022 VtSHdVQHdS= Q Q0 0 空載空載 Q QL L 有載有載2=集膚深度集膚深度3 3、等效電導(dǎo)、等效電導(dǎo)01G =諧諧振振電電阻阻第五章第五章 微波元件微波元件( (一一) ) /4/4型同軸諧振腔型同軸諧振腔 諧振條件諧振條件 12BB= -%或或042

36、1ln=+()0214ln=+二、同軸諧振腔二、同軸諧振腔 第五章第五章 微波元件微波元件 ( (二二) )避免開路輻射的方法避免開路輻射的方法1 1、過極限波導(dǎo)、過極限波導(dǎo)120BB+=%0002 ctg l CY=超越方程（圖解法）超越方程（圖解法）2 2、電容加載型同軸諧振腔、電容加載型同軸諧振腔min0.59D外導(dǎo)體長(zhǎng)于內(nèi)導(dǎo)體外導(dǎo)體長(zhǎng)于內(nèi)導(dǎo)體諧振條件諧振條件 0無窮，多諧性無窮，多諧性加載電容越大，腔長(zhǎng)越長(zhǎng)加載電容越大，腔長(zhǎng)越長(zhǎng)第五章第五章 微波元件微波元件( (三三) ) /2/2型同軸諧振腔型同軸諧振腔諧振條件諧振條件120BB+=%02ln=當(dāng)當(dāng)( (b/ab/a)= 3.6)=

37、 3.6時(shí)，同軸腔的品質(zhì)因數(shù)時(shí)，同軸腔的品質(zhì)因數(shù)Q Q0 0達(dá)最大。達(dá)最大。()()()00ln2118lnb aQbab a=+第五章第五章 微波元件微波元件三、矩形諧振腔三、矩形諧振腔 矩形諧振腔由一段兩端短路的矩形波導(dǎo)構(gòu)成矩形諧振腔由一段兩端短路的矩形波導(dǎo)構(gòu)成( (一一) ) 諧振模式及其場(chǎng)分布諧振模式及其場(chǎng)分布最低諧振模：最低諧振模： TE101m m：場(chǎng)分量沿場(chǎng)分量沿波導(dǎo)寬壁波導(dǎo)寬壁方向上分布的駐波數(shù)方向上分布的駐波數(shù)n n：場(chǎng)分量沿場(chǎng)分量沿窄壁窄壁方向上分布的駐波數(shù)方向上分布的駐波數(shù)p p：場(chǎng)分量沿場(chǎng)分量沿腔長(zhǎng)度腔長(zhǎng)度方向上分布的駐波數(shù)。方向上分布的駐波數(shù)。mnpTEmnpTM第五章第五章