微波元器件與集成電路學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1微波微波(wib)元器件與集成電路元器件與集成電路第一頁，共100頁。3、 若傳輸線中的不均勻區(qū)域具有若傳輸線中的不均勻區(qū)域具有(jyu)電容或電感的電容或電感的性質(zhì)，可以等效為電感或電容，即電抗元件性質(zhì)，可以等效為電感或電容，即電抗元件 。4、原理：、原理： 在傳輸線的不均勻區(qū)域附近，電磁場比較復(fù)雜，可在傳輸線的不均勻區(qū)域附近，電磁場比較復(fù)雜，可以分解為主模和多個高次模式的疊加，其中主?？梢詡鬏敚苑纸鉃橹髂：投鄠€高次模式的疊加，其中主?？梢詡鬏?，而高次模截止，只能分布在不均勻區(qū)附近。因此不均勻區(qū)附近儲高次模截止，只能分布在不均勻區(qū)附近。因此不均勻區(qū)附近儲存了高次模式的電磁場能量。

2、存了高次模式的電磁場能量。 若儲存的主要是電場能量，則不均勻區(qū)域相當(dāng)于一個儲若儲存的主要是電場能量，則不均勻區(qū)域相當(dāng)于一個儲存電能存電能(dinnng)的電容；若儲存的主要是磁場能量，則不均的電容；若儲存的主要是磁場能量，則不均勻區(qū)域相當(dāng)于一個儲存磁能的電感。勻區(qū)域相當(dāng)于一個儲存磁能的電感。 一、基本概念一、基本概念2、 傳輸線中的不均勻區(qū)域：傳輸線中的不均勻區(qū)域：傳輸線中結(jié)構(gòu)、尺寸、參數(shù)傳輸線中結(jié)構(gòu)、尺寸、參數(shù)發(fā)生突變的區(qū)域。發(fā)生突變的區(qū)域。1、 終端短路或開路的傳輸線終端短路或開路的傳輸線 電抗元件電抗元件等效等效傳輸線中的傳輸線中的不均勻區(qū)域不均勻區(qū)域 電抗元件電抗元件 等效等效第2頁/

3、共100頁第二頁，共100頁。第3頁/共100頁第三頁，共100頁。第4頁/共100頁第四頁，共100頁。1、容性膜片：、容性膜片： bdbYBgc2cscln4 側(cè)視側(cè)視橫截面橫截面dabdjBY 膜片附近電場較集中，儲存了膜片附近電場較集中，儲存了電能，相當(dāng)于電容。電能，相當(dāng)于電容。 bdbYBgc2cscln8 jBY 第5頁/共100頁第五頁，共100頁。2、感性、感性(gnxng)膜片膜片：adbd 膜片附近磁場較集中，儲膜片附近磁場較集中，儲存了磁能，相當(dāng)于電感。存了磁能，相當(dāng)于電感。俯視俯視(fsh)橫截面橫截面adaYBgc2ctg2 jBY 第6頁/共100頁第六頁，共100

4、頁。ab 2212bbbabaar 諧振波長諧振波長： 諧振時，并聯(lián)回路諧振時，并聯(lián)回路(hul)的電抗無窮大（相當(dāng)于開路），無反射的電抗無窮大（相當(dāng)于開路），無反射； 失諧時，并聯(lián)回路失諧時，并聯(lián)回路(hul)的電抗為容性或感性，反射較大；的電抗為容性或感性，反射較大； 作用：一個諧振窗相當(dāng)于帶通濾波器，諧振的頻率就是可通過的作用：一個諧振窗相當(dāng)于帶通濾波器，諧振的頻率就是可通過的頻率。頻率。ba第7頁/共100頁第七頁，共100頁。1、容性銷釘、容性銷釘(xiodng)：2、感性銷釘：、感性銷釘：jBY 2 rjBY 2cos2lnsec22araaaYBgc 第8頁/共100頁第八頁，共

5、100頁。2、電納可調(diào)螺釘、電納可調(diào)螺釘(ludng)： 為防止出現(xiàn)串聯(lián)諧振和擊穿現(xiàn)象，銷釘一般旋進(jìn)深度較小，為防止出現(xiàn)串聯(lián)諧振和擊穿現(xiàn)象，銷釘一般旋進(jìn)深度較小，工作工作(gngzu)于容性狀態(tài)。銷釘越粗，電容值越大。于容性狀態(tài)。銷釘越粗，電容值越大。d d g /4 d g /4 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振 短路短路帶阻濾波器帶阻濾波器第9頁/共100頁第九頁，共100頁。四支節(jié)負(fù)載匹配四支節(jié)負(fù)載匹配(ppi)裝置裝置 一個一個(y )可調(diào)銷釘相當(dāng)于一個可調(diào)銷釘相當(dāng)于一個(y )并聯(lián)并聯(lián)電抗支節(jié)電抗支節(jié)第10頁/共100頁第十頁，共100頁。1、矩形波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)E面階梯面階梯(jit)：E面：與電場

6、矢量平行面：與電場矢量平行(pngxng)的平面的平面第11頁/共100頁第十一頁，共100頁。2、矩形波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)H面階梯面階梯(jit)：H面：與磁場矢量面：與磁場矢量(shling)平行平行的平面的平面第12頁/共100頁第十二頁，共100頁。第13頁/共100頁第十三頁，共100頁。1、串聯(lián)、串聯(lián)(chunlin)電容：電容：交指電容交指電容電容值較大電容值較大疊層電疊層電容容電容值更大電容值更大間隙電容間隙電容電容值較小電容值較小第14頁/共100頁第十四頁，共100頁。2、串聯(lián)、串聯(lián)(chunlin)電電感：感： l一段無耗一段無耗短短傳輸線傳輸線cZ 一段一段Zc大的短傳輸線可

7、等效大的短傳輸線可等效(dn xio)為串聯(lián)電感；為串聯(lián)電感； 一段一段Zc小的短傳輸線可等效小的短傳輸線可等效(dn xio)為并聯(lián)電容。為并聯(lián)電容。若若Zc大，則大，則L大，大， C小可小可(xiok)忽略忽略若若Zc小，則小，則C大，大， L小可小可(xiok)忽略忽略 當(dāng)介質(zhì)基片厚度一定時，微帶寬度當(dāng)介質(zhì)基片厚度一定時，微帶寬度W ，則，則Zc ； 預(yù)備知識：預(yù)備知識：CpcvlZL22 pcvlYC L / 2等效等效L / 2 一段一段窄窄的短微帶線可等效為的短微帶線可等效為串聯(lián)電感串聯(lián)電感； 一段一段寬寬的短微帶線可等效為的短微帶線可等效為并聯(lián)電容。并聯(lián)電容。第15頁/共100頁

8、第十五頁，共100頁。l cZcZ ccZZ cZ用高阻抗微帶短線用高阻抗微帶短線(dun xin)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電感實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電感高阻抗高阻抗(zkng)段段cZcZ環(huán)形電感環(huán)形電感圓形螺旋電感圓形螺旋電感方形螺旋電感方形螺旋電感為加大電感值，將高阻抗線彎曲、螺旋，增加匝數(shù)：為加大電感值，將高阻抗線彎曲、螺旋，增加匝數(shù)：第16頁/共100頁第十六頁，共100頁。3、串聯(lián)、串聯(lián)(chunlin)在傳輸線上的諧振回路：在傳輸線上的諧振回路：LCCL第17頁/共100頁第十七頁，共100頁。l 4、并聯(lián)、并聯(lián)(bnglin)電容、電電容、電感：感：cZcZcZ ccZZ 用低阻抗線實(shí)現(xiàn)用低阻抗線實(shí)現(xiàn)(sh

9、xin)并聯(lián)并聯(lián)電容：電容：低阻抗低阻抗(zkng)段段 用并聯(lián)的終端開路支節(jié)實(shí)現(xiàn)用并聯(lián)的終端開路支節(jié)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容并聯(lián)電容或或并聯(lián)電感并聯(lián)電感；第18頁/共100頁第十八頁，共100頁。5、并聯(lián)、并聯(lián)(bnglin)在傳輸線上的諧振回路：在傳輸線上的諧振回路： 在傳輸線上并聯(lián)一個或多個支節(jié)，這些在傳輸線上并聯(lián)一個或多個支節(jié)，這些(zhxi)支支節(jié)等效于串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路。節(jié)等效于串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路。第19頁/共100頁第十九頁，共100頁。6、微帶線中的串聯(lián)、微帶線中的串聯(lián)(chunlin)電阻：電阻：R高阻金屬薄膜，吸收高阻金屬薄膜，吸收(xshu)電磁能量電磁能量第20頁/共100頁第二十

10、頁，共100頁。一、低頻一、低頻(dpn)濾波濾波器設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì) 將所需其他濾波器的衰減將所需其他濾波器的衰減特性特性(txng)通過頻率變換，通過頻率變換，得到對應(yīng)的低通濾波器衰減得到對應(yīng)的低通濾波器衰減特性特性(txng)； 設(shè)計(jì)該對應(yīng)的低通濾波器設(shè)計(jì)該對應(yīng)的低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件值；的電路結(jié)構(gòu)和元件值； 應(yīng)用頻率變換，得到所需應(yīng)用頻率變換，得到所需濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件值濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件值。（衰減（衰減(shui jin)）（頻率）（頻率） 低通濾波器低通濾波器的設(shè)計(jì)已非常成的設(shè)計(jì)已非常成熟；熟； 低通濾波器：最平坦式、低通濾波器：最平坦式、切比雪夫式、橢圓函數(shù)式切比雪夫式、橢圓

11、函數(shù)式第21頁/共100頁第二十一頁，共100頁。 先按低頻濾波器的常規(guī)設(shè)計(jì)先按低頻濾波器的常規(guī)設(shè)計(jì)(shj)方法，設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)(shj)出出低頻集總元件濾波器，得到其電路結(jié)構(gòu)和每一個元件值；低頻集總元件濾波器，得到其電路結(jié)構(gòu)和每一個元件值； 然后然后(rnhu)，用微波頻段的元件代替已設(shè)計(jì)電路中，用微波頻段的元件代替已設(shè)計(jì)電路中的集總元件，該過程稱為集總參數(shù)電路的微波實(shí)現(xiàn)。的集總元件，該過程稱為集總參數(shù)電路的微波實(shí)現(xiàn)。 如，波導(dǎo)中，電感、電容就可以用波導(dǎo)膜片、銷釘來實(shí)現(xiàn)如，波導(dǎo)中，電感、電容就可以用波導(dǎo)膜片、銷釘來實(shí)現(xiàn)，微帶電路中也可用微帶間隙、分支等來實(shí)現(xiàn)電感、電容。，微帶電路中也可用微

12、帶間隙、分支等來實(shí)現(xiàn)電感、電容。第22頁/共100頁第二十二頁，共100頁。 集總元件集總元件(yunjin)電路電路1、低通濾波器、低通濾波器1 微帶電路實(shí)現(xiàn)微帶電路實(shí)現(xiàn)(shxin)方案方案LLC（電感（電感(din n)）（交指電容）（交指電容）第23頁/共100頁第二十三頁，共100頁。C1C3C5L2L4L6 高阻抗短線（窄線）高阻抗短線（窄線） 相當(dāng)于相當(dāng)于 串聯(lián)電感串聯(lián)電感 低阻抗短線低阻抗短線 （寬線）相當(dāng)于（寬線）相當(dāng)于 并聯(lián)電容并聯(lián)電容 經(jīng)過計(jì)算確定每段微帶的長度、寬度，使其等效電經(jīng)過計(jì)算確定每段微帶的長度、寬度，使其等效電抗抗(dinkng)值與集總元件電路中的對應(yīng)電抗值

13、與集總元件電路中的對應(yīng)電抗(dinkng)值的相等。值的相等。C1C3C 5L2L4L6cZcZ 微帶電路實(shí)現(xiàn)方案微帶電路實(shí)現(xiàn)方案2、低通濾波器、低通濾波器2 集總元件集總元件(yunjin)電路電路第24頁/共100頁第二十四頁，共100頁。C2C4L1L3 橢圓函數(shù)式低橢圓函數(shù)式低通濾波器通濾波器L2L4L5C63、低通濾波器、低通濾波器3 微帶電路實(shí)現(xiàn)方案微帶電路實(shí)現(xiàn)方案第25頁/共100頁第二十五頁，共100頁。4、帶通濾波器、帶通濾波器輸入輸入(shr)輸出輸出(shch)兩端開路的微帶段，兩端開路的微帶段，長度均為長度均為g / 2 微帶段兩端開路微帶段兩端開路(kil)，波導(dǎo)波長

14、等于，波導(dǎo)波長等于 g 的電磁波才可以在微的電磁波才可以在微帶段上諧振并持續(xù)存在；帶段上諧振并持續(xù)存在； 微帶段與微帶段之間有能量耦合；微帶段與微帶段之間有能量耦合； 輸入信號中，只有諧振頻率及其附近頻率的信號才可以一級輸入信號中，只有諧振頻率及其附近頻率的信號才可以一級一級耦合到輸出口，故為一級耦合到輸出口，故為帶通濾波器帶通濾波器。平行耦合微帶型帶通濾波器平行耦合微帶型帶通濾波器第26頁/共100頁第二十六頁，共100頁。某實(shí)際某實(shí)際(shj)微帶電路中的耦合帶通濾波器微帶電路中的耦合帶通濾波器第27頁/共100頁第二十七頁，共100頁。屏蔽屏蔽(pngb)盒中的微帶帶通濾波盒中的微帶帶通

15、濾波器器第28頁/共100頁第二十八頁，共100頁。將將 微帶段折彎，以減小體積微帶段折彎，以減小體積2g 平行平行(pngxng)耦合微帶型帶通濾波器的變耦合微帶型帶通濾波器的變形形同軸線輸入同軸線輸入(shr)同軸線輸出同軸線輸出(shch)第29頁/共100頁第二十九頁，共100頁。5、帶阻濾波器、帶阻濾波器g1 /4終端終端(zhn dun)開路開路輸入輸入(shr)輸出輸出(shch) 對于波導(dǎo)波長等于對于波導(dǎo)波長等于 g1 、g2 、g3 的電磁波而言，并聯(lián)的終的電磁波而言，并聯(lián)的終端開路端開路 四分之一支節(jié)實(shí)現(xiàn)了對地短路的功能，這些頻率的信四分之一支節(jié)實(shí)現(xiàn)了對地短路的功能，這些頻

16、率的信號號 不能通過，故為不能通過，故為帶阻濾波器帶阻濾波器。g2 /4g3 /4第30頁/共100頁第三十頁，共100頁。帶阻濾波器實(shí)例帶阻濾波器實(shí)例(shl)第31頁/共100頁第三十一頁，共100頁。C2C4L1L3L5用高、低阻抗用高、低阻抗(zkng)同軸線實(shí)現(xiàn)低同軸線實(shí)現(xiàn)低通濾波器通濾波器 低通濾波器低通濾波器 同軸線實(shí)現(xiàn)同軸線實(shí)現(xiàn)(shxin)方案：方案：abZcln2 a：內(nèi)導(dǎo)體：內(nèi)導(dǎo)體(dot)半徑半徑b：外導(dǎo)體：外導(dǎo)體(dot)內(nèi)半內(nèi)半徑徑 高阻抗短線高阻抗短線（內(nèi)導(dǎo)體細(xì)）（內(nèi)導(dǎo)體細(xì)） 相當(dāng)于相當(dāng)于 串聯(lián)電感串聯(lián)電感 低阻抗短線低阻抗短線 （內(nèi)導(dǎo)體粗）相當(dāng)于（內(nèi)導(dǎo)體粗）相當(dāng)

17、于 并聯(lián)電容并聯(lián)電容C2C4L1L3L5第32頁/共100頁第三十二頁，共100頁。 銷釘銷釘(xiodng)型型四、波導(dǎo)四、波導(dǎo)(b do)濾波器濾波器 膜片型膜片型第33頁/共100頁第三十三頁，共100頁。一、匹配一、匹配(ppi)負(fù)負(fù)載：載： 作用：接在傳輸線的終端作用：接在傳輸線的終端(zhn dun)，盡量吸收全部入射功，盡量吸收全部入射功率，保證傳輸線的終端率，保證傳輸線的終端(zhn dun)無反射，其駐波比在無反射，其駐波比在 1.05 左左右右 1.1 左右；左右； 工作原理工作原理：元件中采用高阻衰減材料、吸波材料，吸收入：元件中采用高阻衰減材料、吸波材料，吸收入射的電磁

18、波；射的電磁波； 特點(diǎn)特點(diǎn)：吸波材料與空氣的界面應(yīng)做成漸變式過渡，減：吸波材料與空氣的界面應(yīng)做成漸變式過渡，減小反射；小反射； 高功率匹配負(fù)載需要散熱裝置，將吸收的電磁高功率匹配負(fù)載需要散熱裝置，將吸收的電磁能轉(zhuǎn)化成的熱能散發(fā)出去。能轉(zhuǎn)化成的熱能散發(fā)出去。第34頁/共100頁第三十四頁，共100頁。1、波導(dǎo)、波導(dǎo)(b do)式匹式匹配負(fù)載配負(fù)載片式吸收體片式吸收體體積體積(tj)式吸收體式吸收體散熱片散熱片 大功率匹配干負(fù)載大功率匹配干負(fù)載出出 大功率匹配水負(fù)載大功率匹配水負(fù)載水水入入第35頁/共100頁第三十五頁，共100頁。吸 波 材 料吸 波 材 料(cilio)2、同軸線式匹配、同軸線

19、式匹配(ppi)負(fù)載負(fù)載 同軸匹配同軸匹配(ppi)干負(fù)載干負(fù)載第36頁/共100頁第三十六頁，共100頁。3、微帶線式匹配、微帶線式匹配(ppi)負(fù)負(fù)載載介質(zhì)介質(zhì)(jizh)薄 膜 電 阻薄 膜 電 阻(dinz)導(dǎo)體帶導(dǎo)體帶 漸變式漸變式4g 開路開路 匹配阻抗式匹配阻抗式 半圓式半圓式第37頁/共100頁第三十七頁，共100頁。二、短路器：二、短路器： 波導(dǎo)波導(dǎo)(b do)可移動短路器可移動短路器 提供盡量大的反射系數(shù)；提供盡量大的反射系數(shù)； 最好可自由移動最好可自由移動(ydng)； 可移動可移動(ydng)短路活塞：接觸式：物理接觸短路活塞：接觸式：物理接觸 非接觸式：非物理接觸，電

20、接觸；非接觸式：非物理接觸，電接觸；第38頁/共100頁第三十八頁，共100頁。 能量能量(nngling)盡量輻射出去，盡量減小終端反射盡量輻射出去，盡量減小終端反射； 波導(dǎo)喇叭天線波導(dǎo)喇叭天線E面喇叭面喇叭H面喇叭面喇叭金字塔形喇叭金字塔形喇叭圓形喇叭圓形喇叭第39頁/共100頁第三十九頁，共100頁。喇叭天線喇叭天線拋物面天線的喇叭饋源拋物面天線的喇叭饋源波導(dǎo)喇叭波導(dǎo)喇叭第40頁/共100頁第四十頁，共100頁。 抗流式波導(dǎo)接頭抗流式波導(dǎo)接頭 作用作用(zuyng)：連接各段傳輸線。：連接各段傳輸線。 要求：電接觸可靠，引起的反射盡量要求：電接觸可靠，引起的反射盡量(jnling)小，電

21、磁能量不會外漏。小，電磁能量不會外漏。第41頁/共100頁第四十一頁，共100頁。 一、衰減器：一、衰減器： 同軸線衰減器同軸線衰減器 可調(diào)波導(dǎo)衰減器可調(diào)波導(dǎo)衰減器吸波材料片吸波材料片 作用：根據(jù)作用：根據(jù)(gnj)需要，減小所傳輸信號的幅度。需要，減小所傳輸信號的幅度。 原理：用吸波材料吸收一定的電磁能量來實(shí)現(xiàn)衰減。原理：用吸波材料吸收一定的電磁能量來實(shí)現(xiàn)衰減。4g 第42頁/共100頁第四十二頁，共100頁。二、移相器：二、移相器： 原理：電磁波在不同介質(zhì)中具有不同的相移常數(shù)。因此改原理：電磁波在不同介質(zhì)中具有不同的相移常數(shù)。因此改變變(gibin)電磁波經(jīng)過的介質(zhì)就可以改變電磁波經(jīng)過的介

22、質(zhì)就可以改變(gibin)其相移量其相移量。 作用：可以人為地改變作用：可以人為地改變(gibin)傳輸電磁波的相位。傳輸電磁波的相位。 矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)TE10模式的相移常數(shù)模式的相移常數(shù)2222 akkc 經(jīng)過距離經(jīng)過距離 l 的相移量的相移量22 all 相移量與媒質(zhì)相移量與媒質(zhì)(mizh)參數(shù)密切參數(shù)密切相關(guān)相關(guān)低損耗介質(zhì)片低損耗介質(zhì)片l第43頁/共100頁第四十三頁，共100頁。功率功率(gngl)分配網(wǎng)絡(luò)分配網(wǎng)絡(luò)0 2 )1( N天線陣元天線陣元移相器移相器饋源饋源 應(yīng)用舉例：用于相控陣天線中，要求每個天線陣元輻射應(yīng)用舉例：用于相控陣天線中，要求每個天線陣元輻射(fsh)相位不同的

23、電磁波。相位不同的電磁波。移相器的相移相器的相移量移量第44頁/共100頁第四十四頁，共100頁。相控陣天線相控陣天線(tinxin)第45頁/共100頁第四十五頁，共100頁。 作用作用(zuyng)：把一路電磁能量分為兩路或多路；：把一路電磁能量分為兩路或多路；或者，將多路電磁能量相加或相減。或者，將多路電磁能量相加或相減。第46頁/共100頁第四十六頁，共100頁。1、波導(dǎo)、波導(dǎo)E-T分支分支(fnzh)（三端口元（三端口元件）件）213213串聯(lián)支串聯(lián)支路路等效等效 等效電路等效電路 在在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調(diào)節(jié)串聯(lián)支臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調(diào)節(jié)串聯(lián)支

24、路路(zh l)的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。用。jX12等效等效(dn xio)第47頁/共100頁第四十七頁，共100頁。 能量能量(nngling)分配功能分配功能213 3臂自身有反射，但若在該臂加入臂自身有反射，但若在該臂加入(jir)匹配裝置匹配裝置，可使，可使3臂的入射能量全部從臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出；臂平分輸出； 3臂輸入臂輸入(shr)時，從時，從1、2臂等幅、反相輸出；臂等幅、反相輸出；第48頁/共100頁第四十八頁，共100頁。 1臂輸入臂輸入(shr)時，從時，從2、3臂輸臂輸出；出；123123

25、 2臂輸入臂輸入(shr)時，從時，從1、3臂輸臂輸出；出；第49頁/共100頁第四十九頁，共100頁。 求差信號求差信號(xnho)的功能的功能123 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)(b do)中軸中軸T面時相位相同，則面時相位相同，則3臂輸出兩信號之差臂輸出兩信號之差，稱為差信號。，稱為差信號。信號信號1信號信號2信號信號(xnho)1信號信號2 若兩輸入信號等幅，則若兩輸入信號等幅，則3臂無輸出；臂無輸出；T第50頁/共100頁第五十頁，共100頁。 求和信號求和信號(xnho)的的功能功能123 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達(dá)臂

26、輸入，且到達(dá)(dod)分支波導(dǎo)中分支波導(dǎo)中軸軸T面時相位相反，則面時相位相反，則3臂輸出兩信號之和，稱為和信號臂輸出兩信號之和，稱為和信號。信號信號1信號信號2信號信號(xnho)1信號信號2T第51頁/共100頁第五十一頁，共100頁。2、波導(dǎo)、波導(dǎo)H-T分支分支(fnzh)（三端口（三端口元件）元件）213等效等效并聯(lián)支路并聯(lián)支路 等效電路等效電路 123 在在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調(diào)臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調(diào)節(jié)節(jié)并聯(lián)支路并聯(lián)支路的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。電抗元件使用。21等效等效jX第52頁/共100

27、頁第五十二頁，共100頁。 能量能量(nngling)分分配功能配功能123 3臂自身有反射，但若在該分支波導(dǎo)加入匹配裝置臂自身有反射，但若在該分支波導(dǎo)加入匹配裝置，可使，可使3臂的入射能量全部從臂的入射能量全部從1、2臂平分臂平分(pngfn)輸出；輸出； 3臂輸入臂輸入(shr)時，從時，從1、2臂等幅、同相輸出臂等幅、同相輸出；第53頁/共100頁第五十三頁，共100頁。第54頁/共100頁第五十四頁，共100頁。 1臂輸入臂輸入(shr)時，從時，從2、3臂輸出臂輸出； 2臂輸入臂輸入(shr)時，從時，從1、3臂輸出臂輸出；123123第55頁/共100頁第五十五頁，共100頁。 求

28、和信號求和信號(xnho)的功能的功能123信號信號(xnho)1信號信號(xnho)2信號信號1信號信號2 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面面時時相位相同相位相同，則，則3臂輸出臂輸出兩信號之和兩信號之和，稱為，稱為和信號和信號。T第56頁/共100頁第五十六頁，共100頁。 求差信號求差信號(xnho)的功能的功能123信號信號(xnho)1信號信號(xnho)2信號信號1信號信號2 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面時面時相位相反相位相反，則，則3臂輸出臂輸出兩信號之差兩信號之差，稱

29、為，稱為差信號差信號。 若此時兩信號等幅，則若此時兩信號等幅，則3臂無輸出；臂無輸出；T第57頁/共100頁第五十七頁，共100頁。3、波導(dǎo)、波導(dǎo)(b do)雙雙-T分支（四端口元件分支（四端口元件）123（E）4（H） 主要主要(zhyo)特性：特性： 1、2同相輸入：同相輸入：3輸出差信號，輸出差信號，4輸出和信輸出和信號；號； 3輸入：輸入：1、2等幅、反相輸出，等幅、反相輸出，4無輸出；無輸出； 4輸入：輸入：1、2等幅、同相輸出，等幅、同相輸出，3無輸出；無輸出； 3、4相互隔離（相互不可傳送信號）相互隔離（相互不可傳送信號）第58頁/共100頁第五十八頁，共100頁。132 “3臂

30、、臂、4臂隔離臂隔離(gl)”的原的原因：因：T 3臂輸入的臂輸入的TE10 模式模式關(guān)于中軸面關(guān)于中軸面T反對反對(fndu)稱，而稱，而4臂中臂中TE10模式關(guān)于中軸面模式關(guān)于中軸面T對稱，故相互不能激勵對稱，故相互不能激勵。 3臂（臂（4臂）輸入的臂）輸入的TE10 ?？梢阅？梢?ky)在在4臂（臂（3臂）中激勵起高臂）中激勵起高次模，但高次模式不能次模，但高次模式不能傳輸，不能輸出。傳輸，不能輸出。3臂輸入，臂輸入，4臂無輸出臂無輸出132T4臂輸入，臂輸入，3臂無輸出臂無輸出第59頁/共100頁第五十九頁，共100頁。4、波導(dǎo)、波導(dǎo)(b do)魔魔T（四端口元（四端口元件）件）123

31、（E）4（H）調(diào)匹配調(diào)匹配(ppi)的的裝置裝置 主要特性：主要特性： 任何端口都與外接傳輸線相匹配；任何端口都與外接傳輸線相匹配；3、4匹配之后匹配之后，1、2自動匹配；自動匹配； 3輸入：輸入：1、2等幅、反相輸出等幅、反相輸出(shch)，4無輸出無輸出(shch)； 4輸入：輸入：1、2等幅、同相輸出等幅、同相輸出(shch)，3無輸出無輸出(shch)； 1、2均有輸入：均有輸入：3輸出輸出(shch)差信號，差信號，4輸出輸出(shch)和信號；和信號； 3、4臂相互隔離；臂相互隔離；1、2臂相互隔離；臂相互隔離； 在微波設(shè)備、雷達(dá)中應(yīng)用廣泛。在微波設(shè)備、雷達(dá)中應(yīng)用廣泛。第60頁/

32、共100頁第六十頁，共100頁。 二、二、 微帶分支微帶分支(fnzh)： Y形分支形分支 T形分支形分支(fnzh)微帶天線陣微帶天線陣微帶天線陣元微帶天線陣元微帶線微帶線第61頁/共100頁第六十一頁，共100頁。功分器實(shí)例功分器實(shí)例(shl)一分(y fn)二一分三第62頁/共100頁第六十二頁，共100頁。主要特性：主要特性： 3臂輸入：臂輸入：1、2等幅、反相輸出，等幅、反相輸出，4臂無輸出臂無輸出； 4臂輸入：臂輸入：1、2等幅、同相輸出，等幅、同相輸出，3臂無輸出臂無輸出； 1、2臂均有輸入：臂均有輸入：3臂輸出差信號，臂輸出差信號，4臂輸出臂輸出和信號；和信號； 3、4臂相互臂

33、相互(xingh)隔離；隔離；1、2臂相互臂相互(xingh)隔離；隔離； 微帶環(huán)形微帶環(huán)形(hun xn)電橋（微帶魔電橋（微帶魔T）1243微帶環(huán)形電橋?qū)嵗Лh(huán)形電橋?qū)嵗?3頁/共100頁第六十三頁，共100頁。 波導(dǎo)環(huán)形波導(dǎo)環(huán)形(hun xn)電橋電橋第64頁/共100頁第六十四頁，共100頁。3 32 21 14 4 同向耦合同向耦合輸入輸入(shr)端端口口隔離隔離(gl)端口端口耦合端口耦合端口直通端口直通端口3 32 21 14 4 反向耦合反向耦合直通端口直通端口耦合端口耦合端口輸入端口輸入端口隔離端口隔離端口 作用：作用：從主傳輸線中取出一些電磁能量并向設(shè)定的從主傳輸線中

34、取出一些電磁能量并向設(shè)定的方向傳輸。方向傳輸。第65頁/共100頁第六十五頁，共100頁。4g 雙孔定向雙孔定向(dn xin)耦合耦合器（窄頻帶）器（窄頻帶）3 32 21 14 41 14 43 32 23 32 21 14 4123N 多孔定向耦合器（頻帶較寬）多孔定向耦合器（頻帶較寬）第66頁/共100頁第六十六頁，共100頁。 單孔定向單孔定向(dn xin)耦合器耦合器 理想狀態(tài)下，隔離端口應(yīng)當(dāng)沒有輸出，但實(shí)際上仍有一定理想狀態(tài)下，隔離端口應(yīng)當(dāng)沒有輸出，但實(shí)際上仍有一定輸出，因此應(yīng)在隔離端口接匹配負(fù)載，吸收這一部分功率輸出，因此應(yīng)在隔離端口接匹配負(fù)載，吸收這一部分功率。吸波材吸波材

35、料料第67頁/共100頁第六十七頁，共100頁。 定向定向(dn xin)耦合器實(shí)例耦合器實(shí)例第68頁/共100頁第六十八頁，共100頁。二、微帶定向二、微帶定向(dn xin)耦合器耦合器 平行平行(pngxng)耦合線定向耦合器耦合線定向耦合器距離距離(jl)較近的微帶線之間都有能量耦合。較近的微帶線之間都有能量耦合。鋸齒形定向耦合器鋸齒形定向耦合器提高定向性提高定向性主線主線副線副線第69頁/共100頁第六十九頁，共100頁。鋸齒形定向鋸齒形定向(dn xin)耦合器實(shí)例耦合器實(shí)例第70頁/共100頁第七十頁，共100頁。 微帶雙分支微帶雙分支(fnzh)定向耦合器定向耦合器3 32 2

36、1 14 44g 4g ABCD 1輸入輸入(shr)，2、3輸出，相位差輸出，相位差90度；度； 4為隔離端口，無輸出；為隔離端口，無輸出；第71頁/共100頁第七十一頁，共100頁。微帶雙分支微帶雙分支(fnzh)定向耦合器實(shí)例定向耦合器實(shí)例第72頁/共100頁第七十二頁，共100頁。 相當(dāng)于低頻中的諧振回路，具有儲能、選頻、穩(wěn)頻的功相當(dāng)于低頻中的諧振回路，具有儲能、選頻、穩(wěn)頻的功能能(gngnng)； 用途：微波源、濾波器、選頻器等等；用途：微波源、濾波器、選頻器等等； 一、基本概念：一、基本概念： 等效電路等效電路存在電導(dǎo)，意味著諧振時有能量損耗。存在電導(dǎo)，意味著諧振時有能量損耗。 特

37、點(diǎn)特點(diǎn)(tdin)： 理論上說，有無窮多個諧振頻率（多諧性）；理論上說，有無窮多個諧振頻率（多諧性）； 品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q值很高（幾萬幾十萬）；值很高（幾萬幾十萬）；Q諧振系統(tǒng)諧振時的平均儲能諧振系統(tǒng)諧振時的平均儲能系統(tǒng)中每秒的能量消耗系統(tǒng)中每秒的能量消耗 種類種類傳輸線型諧振器傳輸線型諧振器非傳輸線型諧振器非傳輸線型諧振器第73頁/共100頁第七十三頁，共100頁。二、傳輸線型諧振器的原理二、傳輸線型諧振器的原理(yunl)：Y1Y2L C LCf 21 0 諧振頻率諧振頻率LCjCfjCjY 0012 LCjLfjLjY 002211 021 YY諧振時：諧振時： 回顧：低頻回顧：低頻(d

38、pn)集總元件諧振回路：集總元件諧振回路：第74頁/共100頁第七十四頁，共100頁。l1Y1Y211tan1ljZYc 12tan1lljZYc 021 YY 為自然數(shù)為自然數(shù)nnlg 20 短路短路(dunl)短路短路(dunl) 1、 兩端兩端(lin dun)短路的傳輸線：短路的傳輸線：結(jié)論結(jié)論：兩端短路的傳輸線段可以當(dāng)作微波諧振器，諧振頻率有兩端短路的傳輸線段可以當(dāng)作微波諧振器，諧振頻率有無數(shù)個，波導(dǎo)波長無數(shù)個，波導(dǎo)波長 的頻率均是諧振頻率。的頻率均是諧振頻率。 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg20 第75頁/共100頁第七十五頁，共100頁。Ulg20 若若UUlg 0 若若320lg 若

39、若U20lg 若若 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg20 兩端短路兩端短路(dunl)傳輸線中的場分布情況傳輸線中的場分布情況：駐波駐波(zh b)分布，兩端均為波節(jié)點(diǎn)分布，兩端均為波節(jié)點(diǎn)第76頁/共100頁第七十六頁，共100頁。l1Y1Y211cot1ljZYc 12cot1lljZYc 021 YY 為自然數(shù)為自然數(shù)nnlg 20 開路開路開路開路 2、兩端開路的傳輸線：、兩端開路的傳輸線：結(jié)論結(jié)論：兩端開路的傳輸線段可以當(dāng)作微波諧振器，諧振頻率有兩端開路的傳輸線段可以當(dāng)作微波諧振器，諧振頻率有無數(shù)個，波導(dǎo)波長無數(shù)個，波導(dǎo)波長 的頻率均是諧振頻率。的頻率均是諧振頻率。 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg2

40、0 第77頁/共100頁第七十七頁，共100頁。 場分布場分布(fnb)情況：情況：UUUlg20 若若lg 0 若若320lg 若若U20lg 若若兩端兩端(lin dun)均為波腹點(diǎn)均為波腹點(diǎn) 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg20 第78頁/共100頁第七十八頁，共100頁。 3、一端短路、一端短路(dunl)另一端開路的傳輸線：另一端開路的傳輸線：l1Y1Y2開路開路(kil)短路短路(dunl)11cot1ljZYc 12tan1lljZYc 021 YY 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg412 0 結(jié)論結(jié)論：上述傳輸線段可以當(dāng)作微波諧振器，諧振頻率有無數(shù)上述傳輸線段可以當(dāng)作微波諧振器，諧振頻率有無數(shù)

41、個，波導(dǎo)波長個，波導(dǎo)波長 的頻率均是諧振頻率。的頻率均是諧振頻率。 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg1240 第79頁/共100頁第七十九頁，共100頁。 場分布場分布(fnb)情況情況：短路短路(dunl)端為波節(jié)點(diǎn)，開路端為波腹點(diǎn)端為波節(jié)點(diǎn)，開路端為波腹點(diǎn) 為自然數(shù)為自然數(shù)nnlg1240 UUUlg4 若若34lg 若若54lg 若若U74lg 若若第80頁/共100頁第八十頁，共100頁。1、矩形波導(dǎo)諧振腔、矩形波導(dǎo)諧振腔 波導(dǎo)波導(dǎo)(b do)腔中沿腔中沿 x、y、z 三個方向都是駐波分布。三個方向都是駐波分布。 三個整數(shù)三個整數(shù) m、n、l 的每一種組合都對應(yīng)的每一種組合都對應(yīng)(duyng)

42、腔內(nèi)的一種諧振腔內(nèi)的一種諧振模式，因此：有無窮多個諧振模式；模式，因此：有無窮多個諧振模式；三、波導(dǎo)三、波導(dǎo)(b do)型諧振器：型諧振器：abl 應(yīng)采用兩端短路的方式；應(yīng)采用兩端短路的方式；222021 lpbnamf 為為自自然然數(shù)數(shù)pplbnamfkkcg 2422222202220 第81頁/共100頁第八十一頁，共100頁。 有無窮多個有無窮多個TE、TM諧振模式，諧振頻率可用公式諧振模式，諧振頻率可用公式(gngsh)計(jì)計(jì)算；算；la 有三種常用諧振模式，場結(jié)構(gòu)有三種常用諧振模式，場結(jié)構(gòu)(jigu)各不相同，各有其優(yōu)點(diǎn)；可通過各不相同，各有其優(yōu)點(diǎn)；可通過合理選擇尺寸，得到需要的諧振

43、模式，抑制其他模式；合理選擇尺寸，得到需要的諧振模式，抑制其他模式；SVQ 0 品質(zhì)因數(shù)正比于腔體積，反比于腔內(nèi)壁面積，故在同樣體品質(zhì)因數(shù)正比于腔體積，反比于腔內(nèi)壁面積，故在同樣體積情況下，圓波導(dǎo)諧振腔比矩形諧振腔品質(zhì)因數(shù)高，性能好積情況下，圓波導(dǎo)諧振腔比矩形諧振腔品質(zhì)因數(shù)高，性能好，加工也容易，是最常用的諧振腔。，加工也容易，是最常用的諧振腔。 應(yīng)采用兩端短路的方式；應(yīng)采用兩端短路的方式；第82頁/共100頁第八十二頁，共100頁。探針激勵或耦合探針激勵或耦合環(huán)激勵、環(huán)耦合環(huán)激勵、環(huán)耦合圓形諧振腔與波導(dǎo)的孔耦合圓形諧振腔與波導(dǎo)的孔耦合第83頁/共100頁第八十三頁，共100頁。 諧振模式為諧

44、振模式為TEM模式，場結(jié)構(gòu)簡單模式，場結(jié)構(gòu)簡單(jindn)穩(wěn)定、頻帶寬，應(yīng)穩(wěn)定、頻帶寬，應(yīng)用廣泛；用廣泛；1、兩端、兩端(lin dun)短路同軸諧振腔短路同軸諧振腔： 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg2 l 短路活塞可改變腔長，從而短路活塞可改變腔長，從而改變諧振頻率改變諧振頻率短路短路活塞活塞可調(diào)可調(diào) l 為自然數(shù)為自然數(shù)諧振頻率諧振頻率nlnfffvnlg 2 12 第84頁/共100頁第八十四頁，共100頁。2、一端、一端(ydun)短路另一端短路另一端(ydun)開路開路同軸諧振腔：同軸諧振腔：一段截止圓波導(dǎo)一段截止圓波導(dǎo)，防止電磁輻射，防止電磁輻射 為為自自然然數(shù)數(shù)nnlg412 金屬蓋

45、板防輻射金屬蓋板防輻射l 為自然數(shù)為自然數(shù)諧振頻率諧振頻率nlnfffvnlg 412 1124 內(nèi)導(dǎo)體可移內(nèi)導(dǎo)體可移動，用于改動，用于改變諧振頻率變諧振頻率 實(shí)際結(jié)構(gòu)實(shí)際結(jié)構(gòu)可調(diào)可調(diào) l第85頁/共100頁第八十五頁，共100頁。球面球面(qimin)開腔開腔平板平板(pngbn)開腔開腔平板球面開腔平板球面開腔 在高頻段，傳輸線型諧振腔的損耗增加，在高頻段，傳輸線型諧振腔的損耗增加，Q值降低；值降低； 開腔諧振器工作穩(wěn)定、開腔諧振器工作穩(wěn)定、Q值高，調(diào)諧、使用方便、易于加工，在毫米值高，調(diào)諧、使用方便、易于加工，在毫米波、亞毫米波段應(yīng)用前景廣闊。波、亞毫米波段應(yīng)用前景廣闊。lll nlnn

46、l2 2 為自然數(shù)為自然數(shù)諧振條件諧振條件：波導(dǎo)喇波導(dǎo)喇叭激勵叭激勵第86頁/共100頁第八十六頁，共100頁。毫米波開腔毫米波開腔(ki qing)諧振器諧振器第87頁/共100頁第八十七頁，共100頁。lab線節(jié)諧振器線節(jié)諧振器環(huán)形環(huán)形(hun xn)諧振器諧振器圓盤圓盤(yun pn)形諧振器形諧振器諧振條件：諧振條件：1、線節(jié)諧振器、縫隙諧振器：、線節(jié)諧振器、縫隙諧振器：2、環(huán)形諧振器：平均周長、環(huán)形諧振器：平均周長2/gnl 2/gn 接地板縫隙諧振器接地板縫隙諧振器 可構(gòu)成帶阻濾波器可構(gòu)成帶阻濾波器接地板接地板導(dǎo)導(dǎo)帶帶諧振的縫隙將諧振頻率的能諧振的縫隙將諧振頻率的能量儲存，不能繼續(xù)

47、傳輸。量儲存，不能繼續(xù)傳輸。l第88頁/共100頁第八十八頁，共100頁。諧振器諧振器諧振器諧振器諧振器諧振器導(dǎo)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶諧振器諧振器導(dǎo)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶導(dǎo)帶微帶諧振器的耦合、激勵微帶諧振器的耦合、激勵(jl)導(dǎo)帶導(dǎo)帶第89頁/共100頁第八十九頁，共100頁。一、場移式隔離器一、場移式隔離器0H鐵氧體鐵氧體衰減片衰減片反向傳輸波反向傳輸波正向傳輸波正向傳輸波 衰減片：大量衰減反向傳輸波，對正向衰減片：大量衰減反向傳輸波，對正向(zhn xin)傳輸波影響傳輸波影響不大。不大。 鐵氧體：各向異性媒質(zhì)，分子式為鐵氧體：各向異性媒質(zhì)，分子式為MOFe2O3的一類鐵磁物質(zhì)的的一類鐵磁物質(zhì)的總稱，總稱，M

48、：代表：代表Mg、Ni、Zn等二價等二價(r ji)金屬。金屬。 特性特性：給鐵氧體加上恒定磁場后，它對某個旋向的圓極化波（反向傳給鐵氧體加上恒定磁場后，它對某個旋向的圓極化波（反向傳輸波）表現(xiàn)高的磁導(dǎo)率，有輸波）表現(xiàn)高的磁導(dǎo)率，有“吸收吸收”作用（使場集中在鐵氧體內(nèi)），對相作用（使場集中在鐵氧體內(nèi)），對相反旋向的圓極化波（正向傳輸波）表現(xiàn)低磁導(dǎo)率，有反旋向的圓極化波（正向傳輸波）表現(xiàn)低磁導(dǎo)率，有“排斥排斥”作用（使場作用（使場不能進(jìn)入鐵氧體內(nèi)），此即為不能進(jìn)入鐵氧體內(nèi)），此即為“場移作用場移作用”。第90頁/共100頁第九十頁，共100頁。0ZcZ隔離器隔離器入射波入射波入射波入射波反射反射(fnsh)波波AA 隔離器用于阻抗匹配隔離器用于阻抗匹配(z kn p pi)入射波可通過，反射入射波可通過，反射(fnsh)波不可通過波不可通過第91頁/共100頁第九十一頁，共100頁。二、二、Y