電磁場--第四章微波元件及微波網絡理論概要ppt課件

1、第四章 微波元件及微波網絡理論概要4.0 微波元件與微波元件分析方法4.1 連接元件4.2 波導分支元件4.3 波導RLC元件4.4 定向耦合器4.5 阻抗調配元件4.6 微波諧振器4.7 微波鐵氧體元件4.8 微波網絡4.0 微波元件與微波元件分析方法1、微波電路 微波電路微波系統(tǒng)由微波傳輸線、微波元件和微波器件組成。2 微波元件及其功能描述 微波元件泛指能夠控制導行電磁波的模式、極化方向、幅值、相位及頻率等的無源裝置。 功能：對其導行波模式、極化、振幅、相位頻率進行調控。 微波元器件按其變換性質可分為線性互易元器件、 線性非互易元器件以及非線性元器件三大類。電路元件和器件 無源元器件：電容

2、、電感、電阻、濾波器、分配器、諧振回路等，實現(xiàn)信號匹配、 分配、 濾波等； 有源元器件：晶體管等, 實現(xiàn)信號產生、放大、調制、變頻等。微波電路元件和器件 線性互易元器件只對微波信號進行線性變換而不改變頻率特性，并滿足互易定理, 它主要包括各種微波連接匹配元件、 功率分配元器件、微波濾波器件及微波諧振器件等; 線性非互易元器件主要是指鐵氧體器件, 它的散射矩陣不對稱,但仍工作在線性區(qū)域, 主要包括隔離器、環(huán)行器等; 非線性元器件能引起頻率的改變, 從而實現(xiàn)放大、調制、變頻等, 主要包括微波電子管、 微波晶體管、微波固態(tài)諧振器、 微波場效應管及微波電真空器件等。 第一、二類微波無源元件，第二類微波

3、有源器件。 3 微波元件構成原理 在微波段，電路元件與普通電路中元件無論在形體上和構成原理上發(fā)生較大的變化。 微波元件一般是由微波傳輸線結構形狀、尺寸及填充介質突變而構成。 大體分類 微波元器件品種繁多, 而且隨著技術的進步不斷出現(xiàn)新的元器件。本章主要介紹無源元器件。 大體可以分為連接匹配元件、 功率分配元器件、 微波諧振元件和微波鐵氧體器件。連接匹配元件 微波連接匹配元件包括終端負載元件、 微波連接元件以及阻抗匹配元器件三大類。 終端負載元件是連接在傳輸系統(tǒng)終端實現(xiàn)終端短路、匹配或標準失配等功能的元件; 微波連接元件用以將作用不同的兩個微波系統(tǒng)按一定要求連接起來,主要包括波導接頭、衰減器、相

4、移器及轉換接頭等; 阻抗匹配元器件是用于調整傳輸系統(tǒng)與終端之間阻抗匹配的器件, 主要包括螺釘調配器、多階梯阻抗變換器及漸變型變換器等。 功率分配元器件 在微波系統(tǒng)中, 往往需將一路微波功率按比例分成幾路, 這就是功率分配問題。 實現(xiàn)這一功能的元件稱為功率分配元器件, 主要包括: 定向耦合器、 功率分配器以及各種微波分支器件。微波諧振器件 微波諧振器一般有傳輸線型諧振器和非傳輸線諧振器兩大類, 傳輸線型諧振器是一段由兩端短路或開路的微波導行系統(tǒng)構成的, 如金屬空腔諧振器、 同軸線諧振器和微帶諧振器等, 在實際應用中大部分采用此類諧振器。微波鐵氧體器件 在許多情況下, 微波系統(tǒng)需要具有非互易性的器

5、件。負載的變化對微波信號源的頻率和功率輸出會產生不良影響, 使振蕩器性能不穩(wěn)定。 一類非互易單向器或隔離器，另一類非互易器件是環(huán)行器。4 微波元件的分析方法 分析微波元件的工作原理及確定其參數，嚴格的方法是分析元件內部的場結構，進而確定其外特性，這是典型的邊值型問題。由于微波元件復雜和不規(guī)則的邊界情況，完整準確地求解電磁場方程將遇到極大的困難。 一般采用等效為微波網絡的方法，微波元件特性用微波網絡的外特性參量描述，而這些網絡外特性參量可以用網絡參量描述，網絡參量可以由實驗測定。5 微波元件分類根據微波元件功能可以將微波元件分類：1連接元件功能：不同類型微波傳輸線連接，實質上是完成導行電磁波不同

6、模式的轉換。技術要求：完成模式轉換的同時，引入衰耗和反射波盡可能小。波導之間轉換、同軸線和波導、同軸線和微帶線、波導和微帶線和矩形波導和圓波導。2分支元件功能：元件接入，對應普通電路并聯(lián)和串聯(lián)。E-T分支串聯(lián)），H-T分支并聯(lián)），雙T功率分配器。3RLC元件功能：電阻性元件吸收電磁場能量，電感、電容性元件儲存電磁場能量。電抗元件：螺釘、短路活塞，螺釘相當于和波導并聯(lián)的可變電容；短路活塞相當于和波導與同軸線串聯(lián)的可變電抗，廣泛地應用于系統(tǒng)的調配及微波測量中。4定向耦合器功能：微波系統(tǒng)監(jiān)控的重要元件，它是一個四端口元件，具有耦合信號，定向傳輸的特點。5阻抗調配元件功能：實現(xiàn)微波線路的阻抗匹配。系統(tǒng)的匹配程度直接決定了系統(tǒng)的工作狀態(tài)，直接影響信號的傳輸質量。6諧振元件功能：等同于普通電路的諧振回路，產生電磁振蕩。諧振器件：角柱腔，圓柱腔，可以用場的方法分析。特性參數：品質因數Q7微波鐵氧體元件是一類具有不可逆性