微波技術(shù)與天線 無源電路

1、微波技微波技術(shù)與術(shù)與天天線線第十一第十一講講 微波無源微波無源電電路路-I微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路 無論在哪個(gè)頻段工作的電子設(shè)備, 都需要各種功能的元器件, 既有如電容、電感、電阻、濾波器、分配器、諧振回路等無源元器件, 以實(shí)現(xiàn)信號(hào)匹配、 衰減、隔離、分路、吸收、反射、 濾波等; 又有晶體管等有源元器件, 以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生、放大、調(diào)制、變頻等。 微波系統(tǒng)由饋線、無源微波電路、有源微波電路以及天線組成。各種無源、有源元器件的功能是對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行必要的處理或變換, 它們是微波系統(tǒng)的重要組成部分，需要研究其功能，結(jié)構(gòu)和特性。對(duì)微波元件共同考慮的問題是：工作頻帶、駐波系數(shù)、功率容量、體積和成本

2、等。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路匹配負(fù)載是一種幾乎能全部吸收輸入功率的單端口元件。在理想情況下110, 1s (a)(b)波導(dǎo)型、(e)(f)同軸型、(g)微帶型寬帶匹配負(fù)載、(c) 大功率匹配干負(fù)載、 (d)大功率匹配水負(fù)載。精密系統(tǒng)1.02微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路波導(dǎo)與同軸連接波導(dǎo)與同軸連接元件元件(1) 波導(dǎo)接頭TE10模的矩形波導(dǎo)波導(dǎo)平接頭波導(dǎo)平接頭波導(dǎo)軛流接頭波導(dǎo)軛流接頭無機(jī)械接觸但有良好的電接觸，另外可用于大功率系統(tǒng)，但工作頻帶較窄。無機(jī)械接觸但有良好的電接觸，另外可用于大功率系統(tǒng)，但工作頻帶較窄。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路波導(dǎo)與同軸連接波導(dǎo)與同軸連接元件元

3、件(2) 同軸接頭要求：低駐波比，高頻下沒有高階模工作、在連接拆開反復(fù)操作之后的高重復(fù)性以及機(jī)械強(qiáng)度。接頭有插頭和插座之分。這里介紹N型和SMA型。N型頭插座的外直徑大約0.625in (1in2.54cm)，使用的頻率上限范圍為1118GHz，取決于同軸線尺寸大小，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)但體積較大。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路波導(dǎo)與同軸連接波導(dǎo)與同軸連接元件元件(2) 同軸接頭插座的直徑為0.25in，它可以應(yīng)用頻率高至1825GHz的范圍，是目前應(yīng)用最廣泛的微波連接器，一般生產(chǎn)商會(huì)給出其性能指標(biāo)。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路 不吸收入射波的任何能量而使其產(chǎn)生全反射。實(shí)用的短路器都作成可調(diào)的，

4、稱為可調(diào)短路活塞。要求：(1)保證接觸處損耗小，其反射系數(shù)的模值應(yīng)接近于1；(2)當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí)，接觸損耗的變化要??；(3)大功率運(yùn)用時(shí)，活塞與波導(dǎo)(同軸線內(nèi)外壁)間不應(yīng)發(fā)生打火現(xiàn)象。(2)11tantanjlineeeineeeZZjZlZSeZZjZlZ 微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路 接觸式短路活塞，短路面是電壓波節(jié)點(diǎn)，電流波腹點(diǎn)，彈簧片長(zhǎng)為1/4波導(dǎo)波長(zhǎng)，使接觸點(diǎn)位于高頻電流的節(jié)點(diǎn)，以減小損耗，且不易打火。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路衰減器主要用途：衰減器主要用途：(1)改變和控制改變和控制沿微波系統(tǒng)中傳輸?shù)难匚⒉ㄏ到y(tǒng)中傳輸?shù)墓β使β剩?2)在微波信在微波信號(hào)源與微波系統(tǒng)間插入

5、衰減器可消除系統(tǒng)變化對(duì)信號(hào)號(hào)源與微波系統(tǒng)間插入衰減器可消除系統(tǒng)變化對(duì)信號(hào)源的影響，起源的影響，起去耦去耦的作用；的作用；(3) 精度高的衰減器，可作精度高的衰減器，可作微波衰減測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。微波衰減測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)衰減器的要求：對(duì)衰減器的要求：衰減量適當(dāng)、可調(diào)節(jié)、并保證足夠的精度。衰減量適當(dāng)、可調(diào)節(jié)、并保證足夠的精度。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路一、一、 吸收式矩形波導(dǎo)衰減器吸收式矩形波導(dǎo)衰減器(a)橫向可調(diào)：吸收片移向波導(dǎo)中央時(shí)衰減量加大；橫向可調(diào)：吸收片移向波導(dǎo)中央時(shí)衰減量加大；(b)垂直可調(diào)：吸收片從波導(dǎo)寬壁中央深入到波導(dǎo)中時(shí)衰減量加大；垂直可調(diào)：吸收片從波導(dǎo)寬壁中央深入到波導(dǎo)中時(shí)衰減

6、量加大；吸收式衰減器指標(biāo)：起始衰減量，最大衰減量、衰減器的輸入駐波系吸收式衰減器指標(biāo)：起始衰減量，最大衰減量、衰減器的輸入駐波系數(shù)和工作頻帶。數(shù)和工作頻帶。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路二、截止式衰減器二、截止式衰減器圓波導(dǎo)處于截止?fàn)顟B(tài)：圓波導(dǎo)處于截止?fàn)顟B(tài)： (c c ) )TE11TE1122ckk 衰減系數(shù)：衰減系數(shù)：221c 2,cc ( )(0)8.68(dB)L lLl截止衰減器通常有2030dB的起始衰減，最大衰減量可達(dá)120dB160dB。頻帶寬，量程大，精度高是其優(yōu)點(diǎn)。微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路三、極化衰減器三、極化衰減器模片模片I I：固定極化作用：固定極化作用模

7、片模片IIII：衰減作用：衰減作用1cos EE 模片模片IIIIII：衰減、固定極化作用：衰減、固定極化作用211coscos EEE 10lg衰減量：ioPLP 2110lg40lg cosEE 微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路一、波導(dǎo)一、波導(dǎo)T T型分支結(jié)構(gòu)型分支結(jié)構(gòu)E ET T接頭的分支波導(dǎo)平面與主波導(dǎo)接頭的分支波導(dǎo)平面與主波導(dǎo)TETE1010 波的電場(chǎng)波的電場(chǎng)E E平行。平行。H HT T接頭的分支波導(dǎo)平面與主波導(dǎo)接頭的分支波導(dǎo)平面與主波導(dǎo)TETE1010 波的磁場(chǎng)波的磁場(chǎng)H H平行。平行。波導(dǎo)波導(dǎo)T T型分支可用來將功率進(jìn)行分配與合成型分支可用來將功率進(jìn)行分配與合成微波技術(shù)與天線

8、-第五章無源微波電路一、波導(dǎo)一、波導(dǎo)T T型分支結(jié)構(gòu)型分支結(jié)構(gòu)(a) (a) 1 1、2 2等幅反相輸出等幅反相輸出 s s1313= -s= -s2323 ，功率均分（，功率均分（3dB)3dB)(b)(b) 1 1、2 2等幅反相激勵(lì)，等幅反相激勵(lì)，3 3有輸出，功率合成有輸出，功率合成(c)(c) 1 1、2 2等幅同相激勵(lì)，等幅同相激勵(lì)，3 3無輸出無輸出等效電路微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路一、波導(dǎo)一、波導(dǎo)T T型分支結(jié)構(gòu)型分支結(jié)構(gòu)1122對(duì)稱性:ss 互易性:ijjiss 性質(zhì):3端口激勵(lì)，1、2端口反相輸出2313ss 330設(shè)在端口3上將網(wǎng)絡(luò)本身調(diào)好匹配：s 1112131

9、2111313130則：sssssssss 1網(wǎng)絡(luò)無耗：Hss *111213111213*121113121113*1313131310001000001ssssssssssssssss微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路一、波導(dǎo)一、波導(dǎo)T T型分支結(jié)構(gòu)型分支結(jié)構(gòu)1311121212sss 0調(diào)節(jié)參考面，使1311121212jjsesse 1121 1122220s 1網(wǎng)絡(luò)無耗：Hss 2 2、3 3端口激勵(lì)？端口激勵(lì)？112131112,222sss1 1端口激勵(lì)端口激勵(lì)微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路一、波導(dǎo)一、波導(dǎo)T T型分支結(jié)構(gòu)型分支結(jié)構(gòu)(a) (a) 1 1、2 2等幅同相輸出等

10、幅同相輸出 s s1313= s= s2323 ，功率均分（，功率均分（3dB)3dB)(b)(b) 1 1、2 2等幅同相激勵(lì)，等幅同相激勵(lì)，3 3有輸出，功率合成有輸出，功率合成(c)(c) 1 1、2 2等幅反相激勵(lì)，等幅反相激勵(lì)，3 3無輸出無輸出等效電路微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路 11211122220S 1112131212sss 同理可得：1 1端口激勵(lì)端口激勵(lì)112131112,222sss 13233322,022sss122232112,222sss 2 2端口激勵(lì)端口激勵(lì)3 3端口激勵(lì)端口激勵(lì)微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路二、無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)二、無耗互

11、易三端口網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)性質(zhì)性質(zhì)1 1：無耗、互易三端口網(wǎng)絡(luò)不能同時(shí)匹配，即無耗、互易三端口網(wǎng)絡(luò)不能同時(shí)匹配，即S Siiii不可能全部為零。不可能全部為零。反證法：反證法： 121312231323000設(shè)：ssSssss 無耗網(wǎng)絡(luò)的酉條件：無耗網(wǎng)絡(luò)的酉條件： 1HSS 22*1213132322*122312 13*2223 121323101001sss ssss ss sss 和和于是在于是在S S1212，S S1313，S S2323至少有兩個(gè)為至少有兩個(gè)為0 0，但這與振幅條件相矛盾。，但這與振幅條件相矛盾。無耗、互易和全匹配三個(gè)條件只能同時(shí)滿足兩個(gè)無耗、互易和全匹配三個(gè)條件只能同時(shí)滿足兩個(gè)微波技術(shù)與天線-第五章無源微波電路二、無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)二、無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)性質(zhì)性質(zhì)2 ： 無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端口不可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)匹配，否則退無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端口不可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)匹配，否則退化為二端口網(wǎng)絡(luò)?；癁槎丝诰W(wǎng)絡(luò)。反證法反證法 1213122313233300設(shè)ssSsssss 無耗網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò) 1HSS 22*1213132322*122323 1233 13*22213 123323132333101001sss ssss ss ss ss ssss 和和132300ss或或231300ss或或微波技術(shù)與天線-第五章