7-微波技術(shù)基礎(chǔ)-微波元件

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Universit微波技術(shù)基礎(chǔ)微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit引言按傳輸線型式分:1.波導(dǎo)型，2.同軸型，3.微帶型按功能分:1.連接元件，2.終端元件，3.匹配元件，4.衰減元件，5.相移元件，6.分路元件，7.波形變換元件，8.濾波元件按變換性質(zhì)分:1.互易元件，2.非互易元件，3.非線性元件按端口分:一、二、三、四、…等等。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit微波電路中,電抗元件的基本結(jié)構(gòu)都是利用微波傳輸線中結(jié)構(gòu)尺寸的不連續(xù)性組成的。可以采用等效電路的方法處理不連續(xù)性問題。不連續(xù)性引起的損耗很小,因此不連續(xù)性的等效電路是電感、電容、理想變壓器和無耗傳輸線段以及它們的組合。電抗元件包括電感器和電容器。電感器是指能夠集中磁場和存儲磁能的元件；電容器是指能夠集中電場和存儲電能的元件。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit電納的近似計算公式:二、電感膜片在波導(dǎo)窄壁上放置金屬膜片,會使波導(dǎo)寬壁上的電流產(chǎn)生分流,在膜片的附近產(chǎn)生磁場,并存儲一部分磁能,這種膜片稱為電感膜片。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit電感性膜片對主模TE10,其磁力線是平行于寬邊的閉合曲線,膜片的置入將改變波導(dǎo)內(nèi)磁場的分布規(guī)律而產(chǎn)生電感效應(yīng)，相當(dāng)于在傳輸線上并聯(lián)一個感性電納。電納的近似計算公式:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit諧振窗及其等效電路3.諧振窗電容膜片和電感膜片組合而形成諧振窗。諧振窗對某一固定頻率產(chǎn)生諧振,即當(dāng)工作頻率等于諧振頻率時,電磁波可以無反射地通過。其等效電路相當(dāng)于并聯(lián)諧振回路。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit當(dāng)工作頻率等于諧振頻率時,并聯(lián)電納為零,信號可以無反射地通過,即為匹配狀態(tài)；當(dāng)工作頻率低于諧振頻率時,諧振窗呈感性,磁場儲能占優(yōu)勢；當(dāng)工作頻率高于諧振頻率時,諧振窗呈容性,電場儲能占優(yōu)勢。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit4.銷釘銷釘由金屬細(xì)圓桿對穿波導(dǎo)寬壁或窄壁構(gòu)成；銷釘?shù)墓ぷ髟砼c膜片類似。a）容性銷釘 b）感性銷釘電感銷釘?shù)碾娂{與銷釘?shù)拇旨?xì)及根數(shù)有關(guān),銷釘越粗,電感電納越大,根數(shù)越多,電納越大。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit在微波系統(tǒng)中,往往要將傳輸功率分成兩路或更多路,或?qū)茁饭β屎铣梢宦?以獲得最大功率。三端口分路/合成元件可用于完成這個任務(wù)。常用的波導(dǎo)T接頭(又稱T形分支)有E–T分支、H–T分支。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit1.E–T接頭若分支寬面與TE10模式的電場所在的平面平行,即分支波導(dǎo)在主平面的寬壁上,稱為E–T分支(串聯(lián)分支)；,對臂是幾何對稱的。設(shè)各端口波導(dǎo)中只有TE10模傳輸,且各輸出端口接匹配負(fù)載。則:1)信號由端口 輸入時,端口 , 有同相輸出；北京交通大學(xué)Beijing

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Universit輸入時,端口 、 有等幅反2)信號由端口輸入時,端口、 有同相輸出當(dāng)信號由端口相輸出；當(dāng)信號由端口、 同相輸入時,端口 輸出小,為二者之差；若由端口、 輸入的信號既輸出為零。對稱面處在電場駐相又等幅,則端口波波腹點。5)當(dāng)信號由端口、 反相輸入時,端口 輸出大,為二者之和。對稱面處在電場駐波波節(jié)點。北京交通大學(xué)Beijing

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UniversitE-T接頭的S矩陣互易:sij=sji(i,j=1,2,3;i j)；、 口對稱:s11=s22；口等幅反相輸出:由 口輸入時,

、s13=-s23

。故:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit輸入時,端口 、 有同相輸輸入時,端口 、 有等幅

當(dāng)信號由端口出；

當(dāng)信號由端口相輸出；2.H–T接頭若分支寬面與TE10模的磁場所在的平面平行,即分支波導(dǎo)接在主波導(dǎo)的窄壁上,稱為H–T分支(并聯(lián)分支)。（4

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Universit當(dāng)信號由端口 、 同相輸入時,端口 輸出最大,為二者之和。對稱面處在電場駐波波腹點。當(dāng)信號由端口 、 反相輸入時,端口 輸出最小,為二者之差；若由端口 、 輸入的信號既反相又等幅,則端口 輸出為零。對稱面處在電場駐波波節(jié)點。北京交通大學(xué)Beijing

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UniversitH-T接頭的S矩陣與E-T接頭相似,不同之處在于s13=s23。即:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit在微波技術(shù)中，將相同傳輸線連接在一起的裝置統(tǒng)稱為接頭。常用的接頭有同軸接頭和波導(dǎo)接頭.不同類型的傳輸線連接在一起的裝置稱為轉(zhuǎn)接元件，又稱作轉(zhuǎn)換接頭。常用的有同軸線與波導(dǎo)、同軸線與微帶線、波導(dǎo)與微帶線間的轉(zhuǎn)接元件。一、接頭對接頭的基本要求是:連接點接觸可靠，不引起電磁波的反射，輸入駐波比盡可能小，一般在1.2以下；工作頻帶要寬；電磁能量無泄漏；結(jié)構(gòu)牢固，裝拆方便，易于加工等。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit典型的矩形波導(dǎo)接頭（法蘭）有平接頭和抗流接頭兩種。1.平接頭平接頭優(yōu)點是體積小,工作頻段寬,但接觸面要加工平整、光潔、精度高,兩個平接頭連接時,要保證兩者之間相互對準(zhǔn)和良好的機(jī)械接觸,否則會產(chǎn)生反射和微波功率泄露和打火.北京交通大學(xué)Beijing

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Universit2.抗流接頭抗流接頭在連接兩段波導(dǎo)的任意一個平接頭上開有槽深為 0/4的圓槽,圓槽與寬壁的中心的距離也為 0/4,由于1和2是處于半波長短路線的輸入端,Z12=0,兩段波導(dǎo)的寬壁雖無機(jī)械接觸,但有良好的電接觸?？沽鹘宇^工作頻段較窄,一般用于大功率系統(tǒng)。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit二、轉(zhuǎn)接元件在將不同類型的傳輸線或元件連接時,不僅要考慮阻抗匹配,而且還應(yīng)該考慮模式的變換。1.同軸線－波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器連接同軸線與波導(dǎo)的元件,稱為同軸線－波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器,它將同軸線一端的內(nèi)導(dǎo)體深入矩形波導(dǎo)中,同軸線的TEM模會激勵起矩形波導(dǎo)中的TE10模,反之亦然,從而實現(xiàn)了模式變換。同軸線－波導(dǎo)北京交通大學(xué)Beijing

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Universit波導(dǎo)－微帶轉(zhuǎn)接器矩形波導(dǎo)的等效阻抗通常在300~400歐姆,微帶特性阻抗一般為50歐姆,且矩形波導(dǎo)的高度b比微帶線襯底的厚度h大很多,因此兩種傳輸線不能直接相接。通常在波導(dǎo)和微帶線之間加一段脊波導(dǎo)過渡段來實現(xiàn)阻抗匹配。波導(dǎo)－微帶北京交通大學(xué)Beijing

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Universit同軸線－微帶轉(zhuǎn)接器將同軸線的內(nèi)導(dǎo)體向外延伸一小段與微帶線的中心導(dǎo)帶搭接連接,同軸線的外導(dǎo)體與微帶線的接地平面相連的外殼通過法蘭相連。在10GHz以下的頻率范圍內(nèi),可得到小于1.15的駐波比。在一般工程中應(yīng)用得到滿意的結(jié)果。同軸線－微帶北京交通大學(xué)Beijing

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Universit矩形波導(dǎo)－圓波導(dǎo)模式變換器矩形波導(dǎo)－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。TE10→TE11模式變換器北京交通大學(xué)Beijing

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UniversitH10→H01模式變換器圓波導(dǎo)中H01模損耗低,可作遠(yuǎn)距離傳輸線。常用這種變換器將矩形波導(dǎo)的元器件與圓波導(dǎo)元器件相連。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit終接元件傳輸線終端所接元件稱為終接元件,常用的終接元件有匹配負(fù)載和短路器兩種。匹配負(fù)載和短路器都屬于一端口網(wǎng)絡(luò)。匹配負(fù)載將所有的電磁能量全部吸收而無反射(ρ=1,Γ=0),解決波反射和吸收兩者之間的矛盾而短路負(fù)載是將所有的電磁能量全部反射回去,一點能量也不吸收（ρ=∞,|Γ|=1）,解決理想短路和活動間隙之間的矛盾。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit1.全匹配負(fù)載全匹配負(fù)載是接在傳輸系統(tǒng)終端的單端口微波元件，它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，要用到匹配負(fù)載。對匹配負(fù)載的基本要求是:有較寬的工作頻帶；輸入駐波比小和一定的功率容量。根據(jù)所吸收功率的大小，分為低功率負(fù)載（小于1w）和高功率負(fù)載（大于1w）。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit低功率負(fù)載為一段終端短路的波導(dǎo),在其里面沿電場方向放置一塊或數(shù)塊劈形吸收片或楔形吸收體。劈形吸收片楔形吸收體高功率負(fù)載需要考慮熱量的吸收和發(fā)散,吸收體通常為水,由水的流動攜帶出熱量,又稱水負(fù)載北京交通大學(xué)Beijing

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Universitlg

/

2lg

/

4CAB劈形吸收片長度為lg/2的整數(shù)倍可實現(xiàn)無反射的原理:如圖,A.B兩點相距l(xiāng)g/4,在A、B兩點處都產(chǎn)生反射波，但B點處的反射波回到A點時,與A點的反射波的行程差為lg/2，相位相差p,兩者相互抵消，總反射系數(shù)為零。擴(kuò)大到整個斜面，把吸收片分為AB.BC兩部分，在AB段上任一點總能在BC段上找到與之相距l(xiāng)g/4的對應(yīng)點，這兩點的反射波互相抵消。于是，整個吸收片可無反射而實現(xiàn)全匹配。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit短路負(fù)載短路負(fù)載又稱為短路器,它的作用是將電磁能量全部反射回去。將同軸線和波導(dǎo)終端短路,即分別成為同軸線和波導(dǎo)固定短路器。在某些微波系統(tǒng)和微波測量儀器中,常采用短路面可以移動的短路負(fù)載,稱為短路活塞。要求有良好的電接觸。①接觸處的損耗小,|G|接近于1；活塞移動時,接觸處損耗變化?。?傳輸大功率時,接觸處不發(fā)生打火?？烧{(diào)短路活塞相當(dāng)于長線中長度可調(diào)的短路線段或短路單跨線。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit短路活塞按傳輸線形式分有同軸線型和波導(dǎo)型；按結(jié)構(gòu)分有接觸式和扼流式。接觸式由于接觸點的頻繁移動容易使波導(dǎo)內(nèi)壁磨損,且在大功率時,易發(fā)生跳火現(xiàn)象。扼流式利用長度為 p/4的變換器,構(gòu)成了等效短路面。(a)、(b)分別為波導(dǎo)型、同軸線型的山字型短路活塞北京交通大學(xué)Beijing

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Universit扼流結(jié)構(gòu)的基本原理:利用lg/4線的阻抗變換性，把有高頻電流流過、需要有良好電接觸的地方,恰好安排在電壓波節(jié)處(即電流波腹處),從而得到等效短路；與此同時,把可能產(chǎn)生損耗或可能有功率漏出的地方,恰好安排在電流波節(jié)處,從而避免損耗和漏出功率。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit吸收衰減器:在波導(dǎo)中內(nèi)置與電場方向平行的吸收片，當(dāng)微波通過吸收片時，一部分能量將被吸收。為消除反射,衰減片兩端通常做成漸變形的。當(dāng)吸收片處于寬邊中央時,衰減最大。吸收片上通過的電場切線分量越強(qiáng),其衰減量越大。因此,左右移動吸收片在波導(dǎo)中的位置就能改變衰減量的大小。北京交通大學(xué)BeijingJiaotongUniversit截止衰減器:在傳輸線中插入一段橫向尺寸較小的傳輸線段，使電磁場在這一小段傳輸線內(nèi)處于截止?fàn)顟B(tài)，即電磁波經(jīng)過這段傳輸線后能量很快衰減?？刂七@段傳輸線的長度，即可調(diào)節(jié)衰減量的大小。右圖為一種截止衰減器示意圖。其主體是一段處于截止?fàn)顟B(tài)的圓波導(dǎo),其半徑滿足截止條件:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit極化衰減器是在圓波導(dǎo)中置入可旋轉(zhuǎn)的吸收片,衰減量的大小與吸收片旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)。可作絕對定標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)衰減器。右圖是旋轉(zhuǎn)式極化衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖,其主體是一段的圓波導(dǎo)TE11模),內(nèi)置一可連同圓波導(dǎo)一起旋轉(zhuǎn)的吸收片。圓波導(dǎo)的兩端各通過方–圓過渡波導(dǎo)分別與輸入、輸出TE10模的矩形波導(dǎo)相連接,在過渡波導(dǎo)中也各有一片平行于矩形波導(dǎo)寬壁的固定吸收片。極化衰減器的衰減量由圓波導(dǎo)中的吸收片2的旋轉(zhuǎn)角度θ確定。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit,E//

=

E1sin

θ

,

E

=

E1cos

θE//將全部被吸收而E則可無衰減地通過。當(dāng)波到達(dá)輸出端的方–圓過渡波導(dǎo)中時,E再次被吸收片3的平面分解為平行和垂直兩個分量,工作原理為:從矩形波導(dǎo)輸入的TE10波在方–圓過渡波導(dǎo)激起圓波導(dǎo)的垂直極化的TE11波其電場E1垂直于其中的吸收片1的平面而無衰減；當(dāng)電磁波進(jìn)入圓波導(dǎo)后,若吸收片2相對于水平面旋轉(zhuǎn)了θ角,則E1被吸收片2的平面分解為:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit平行分量被吸收,垂直分量可無衰減地通過方–圓過渡段而從矩形波導(dǎo)中輸出；這部分電場E2

為衰減量北京交通大學(xué)Beijing

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Universit二、移相器移相器是對電磁波只產(chǎn)生一定的相移而不產(chǎn)生能量衰減的微波元件，它是一個無反射、無衰減的二端口網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣:移相器可分固定移相器與可變移相器。改變相位的方法有兩種:改變傳輸線的長度l改變傳輸線相位常數(shù)β，如在波導(dǎo)中放入可移動的介質(zhì)片北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit負(fù)載阻抗與傳輸線的特性阻抗不相等;相同類型而不同特性阻抗的傳輸線相連接;不同類型的傳輸線相連接;傳輸線中接入一些必要的器件。阻抗不匹配導(dǎo)致的反射會造成許多不良影響，如負(fù)載不能獲得最大功率、功率容量和效率下降、大功率時出現(xiàn)打火現(xiàn)象、在微波測量時影響測量精度。為了匹配而插入的網(wǎng)絡(luò)稱為阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)有兩種:阻抗調(diào)配器和阻抗變換器。阻抗調(diào)配器和阻抗變換器反射的產(chǎn)生北京交通大學(xué)Beijing

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Universit阻抗調(diào)配器阻抗調(diào)配器可分分支調(diào)配器和螺釘調(diào)配器,分支調(diào)配器通過改變分支線的長度,主要用于平行雙線和同軸線；螺釘調(diào)配器通過改變螺釘插入的深度,常用于波導(dǎo)中。1）分支調(diào)配器分支調(diào)配器按分支的多少可分為單支節(jié)、雙支節(jié)和三支節(jié)。單支節(jié)調(diào)配器結(jié)構(gòu)簡單,但其分支長度和接入位置都必須根據(jù)波長和負(fù)載進(jìn)行調(diào)整,分支長度可以應(yīng)用短路線實現(xiàn),但接入位置較難改變,為了克服這一缺點,可以采用雙支節(jié)和三支節(jié)調(diào)配器。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit雙支節(jié)調(diào)配器:同軸雙支節(jié)調(diào)配器將兩個支節(jié)線并接在主線上，兩支節(jié)的間距為d2（固定，如 /8），兩支節(jié)長度l1和l2（用短路活塞調(diào)整）,由等效電路知,要匹配必須使即:阻抗調(diào)配器北京交通大學(xué)Beijing

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Universit阻抗調(diào)配器2)螺釘調(diào)配器在雙線、同軸線和微帶線傳輸系統(tǒng)中,用并聯(lián)分支提供電納,而在波導(dǎo)系統(tǒng)中用螺釘提供電納,調(diào)整螺釘?shù)纳疃瓤梢愿淖儾⒙?lián)電納的性質(zhì)和大小。一般情況下,螺釘插入的深度比較淺,只能提供一個容性電納。波導(dǎo)中的螺釘及其電抗性質(zhì)的變化北京交通大學(xué)Beijing

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Universit波導(dǎo)中的螺釘,一方面和容性膜片一樣,集中電場而具有容抗性質(zhì)；另一方面,波導(dǎo)寬邊的軸向電流要流進(jìn)螺釘,產(chǎn)生磁場,而具有感抗性質(zhì)。設(shè)螺釘插入深度較小時,容抗占優(yōu)勢,并聯(lián)電納呈容性(B>0)；隨著插入深度的增加,最終變?yōu)楦锌拐純?yōu)勢,并聯(lián)電納呈感性(B<0)。為避免波導(dǎo)短路和擊穿,通常設(shè)計螺釘呈容性,作可變電容用。螺釘匹配器的作用原理與支節(jié)匹配器相似,所不同的只是螺釘只能作電容用。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit阻抗變換器為了消除不良反射現(xiàn)象,除采用阻抗調(diào)配器以外,還可以采用阻抗變換器來達(dá)到匹配。阻抗變化器在兩段需要匹配的傳輸線之間,插入一段或多段傳輸線,完成不同阻抗之間的變換,以獲得良好的匹配。按阻抗變換的規(guī)律可分為階梯阻抗變換器(包括單節(jié)和多節(jié))和漸變式阻抗變換器。按結(jié)構(gòu)分:同軸線阻抗變換器,矩形波導(dǎo)阻抗變換器,帶狀線阻抗變換器,微帶線阻抗變換器.北京交通大學(xué)Beijing

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Universit第二章介紹的/4阻抗變換器不僅適用于雙線而且適用于包括波導(dǎo)在內(nèi)的所有傳輸線。在等效阻抗分布為Ze1和Ze2的兩段波導(dǎo)中接入一段長度為p/4，等效阻抗為的波導(dǎo)段即可實現(xiàn)匹配。對于傳輸TE10模的矩形波導(dǎo)，其等效阻抗為:阻抗變換器1.單節(jié)阻抗變換器北京交通大學(xué)Beijing

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Universit對于寬壁尺寸a相同,窄壁尺寸分別為b1和b3的兩段矩形波導(dǎo)中間加一段長度為p/4,寬壁為a,窄壁為的矩形波導(dǎo)管,就可以實現(xiàn)匹配。同理,對于同軸線和微帶線也可以用類似的方法實現(xiàn)匹配。微帶線矩形波導(dǎo)同軸線阻抗變換器北京交通大學(xué)Beijing

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Universit阻抗匹配器只能對一個頻率進(jìn)行匹配,而且當(dāng)匹配的兩個阻抗值差別較大時,尺寸變化較大,造成的不連續(xù)電容較大,影響匹配效果。為克服這些問題,可以采用多節(jié)λ/4阻抗變換器。2.多節(jié)/4阻抗變換器多節(jié)/4阻抗變換器形狀像階梯狀,每一個連接處尺寸變化都很小,降低了不連續(xù)電容。阻抗變換器北京交通大學(xué)Beijing

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Universit對于一個n節(jié)的阻抗變換器,有n+1個反射面。當(dāng)波導(dǎo)的波長偏離中心波長時,雖然反射波不能完全抵消,但由于每個反射波的相位各不相同,在輸入端疊加后,一些頻率成分相互抵消,使得在較寬的頻帶上都有較小的反射系數(shù)。阻抗變換器北京交通大學(xué)Beijing

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Universit內(nèi)容提要引言波導(dǎo)中電抗元件微波連接元件和終接元件衰減器和移相器阻抗調(diào)配器和阻抗變換器定向耦合器微波濾波器微波元件北京交通大學(xué)Beijing

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Universit定向耦合器定向耦合器在微波技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，如用于監(jiān)視功率、頻率和頻譜；對功率進(jìn)行分配和合成；構(gòu)成雷達(dá)天線的收發(fā)開關(guān)、平衡混頻器和測量電橋；測量反射系數(shù)和功率。定向耦合器的種類很多:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit微帶分支定向耦合器定向耦合器示意圖波導(dǎo)單孔定向耦合器平行耦合線定向耦合器波導(dǎo)匹配雙T波導(dǎo)多孔定向耦合器微帶混合環(huán)北京交通大學(xué)Beijing

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Universit定向耦合器是微波測量中常用的標(biāo)準(zhǔn)器件一般屬于四端口網(wǎng)絡(luò),有輸入端(1)、直通端(2耦合端(3)和隔離端(4)。導(dǎo)波從端口1輸入,端口1和2之間的波導(dǎo)為主波導(dǎo),端口3和4之間的波導(dǎo)為副波導(dǎo),經(jīng)耦合孔耦合導(dǎo)波在副波導(dǎo)中激勵起新的導(dǎo)波。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit定向耦合器主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度、隔離度(或方向性)、輸入駐波比和工作帶寬。1.耦合度C耦合度C定義為輸入端的輸入功率P1與耦合端的輸出功率P3之比的分貝數(shù),即由于定向耦合器是一個可逆四端口網(wǎng)絡(luò),因此耦合度又可表示北京交通大學(xué)Beijing

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Universit由此可見,耦合度（相當(dāng)于功率衰減）愈大,耦合愈弱。通常把耦合度為0~10dB的定向耦合器稱為強(qiáng)耦合定向耦合器；把耦合度為10~20dB的定向耦合器稱為中等耦合定向耦合器；把耦合度大于20dB的定向耦合器稱為弱耦合定向耦合器。3dB的定向耦合器相當(dāng)于功分器。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit2.定向性D理想情況下,隔離端沒有功率輸出。通常用耦合端輸出功率P3和隔離端的輸出功率P4之比的分貝數(shù)來表示耦合器定向傳輸性能,即定向性DD越大,隔離端輸出越小,定向性越好,理想情況下D=∞。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit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,輸入端的駐波比即為定向耦合器的輸入駐波比。此時,輸入端的反射系數(shù)即為網(wǎng)絡(luò)的散射參量S11,故有工作頻帶寬度頻帶寬度是指耦合度、定向性及輸入駐波比都滿足指標(biāo)要求時,定向耦合器的工作頻帶寬度,簡稱工作帶寬。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit波導(dǎo)型定向耦合器大多數(shù)波導(dǎo)定向耦合器的耦合都是通過在主副波導(dǎo)的公共壁上的耦合孔來實現(xiàn)的。通過耦合孔將主波導(dǎo)中的電磁能量耦合到副波導(dǎo)中,并具有一定的方向性。副波導(dǎo)各端口的輸出功率的大小,決定于耦合孔的大小形狀和位置。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit波導(dǎo)雙孔定向耦合器:在兩個波導(dǎo)的公共壁上開有形狀、尺寸完全相同、相距為λg/4的兩個小孔。波導(dǎo)型雙孔定向耦合器

(a)

窄臂雙孔耦合

(b)

寬臂雙孔耦合北京交通大學(xué)Beijing

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UniversitIa+a1-a-e-jbd

a

e+

-jbdIIe-jbdd

=

l

g

/

4波導(dǎo)型雙孔定向耦合器原理圖設(shè)由端口 輸入單位振幅的TE10波,在第I孔處向端口

、 耦合波的幅度分別用a+、a-表示。顯然,a+、a-即為小孔的正、反向耦合系數(shù)。由于孔很小，兩孔的形狀、大小又相同，故經(jīng)第II孔耦合到副波導(dǎo)向 、 口傳輸?shù)牟ǖ姆扰c第孔的幾乎相等，只有e-jbd的相移，于是由耦合孔向 、 口方向傳輸?shù)暮铣刹ǚ謩e為:北京交通大學(xué)Beijing

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Universit可見,當(dāng)f=f0時,由兩孔耦合到副波導(dǎo)的波,在 端口方向上同相相加,在 端口方向上反相抵消而無輸出；得到了方向性的耦合。這里,耦合端口 的輸出波與端口 的輸入波方向相同故稱為正向定向耦合。北京交通大學(xué)Beijing

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Universit雙T與魔T將具有共同對稱面的E-T和H-T接頭組合起來,即構(gòu)成雙T接頭,1臂和2臂稱為平分臂,3臂（E臂）和4臂（H臂）稱為隔離臂。如果導(dǎo)波從E臂輸入,1和2端口等幅反相輸出,H臂輸出為零（S13=-S23,S43=0）；如果導(dǎo)波從H臂輸入,1和2端口等幅同相輸出,E臂輸出為零（S14=S24,S34=0）；北京交通大學(xué)Beijing

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Universit如果E臂和H臂接匹配負(fù)載,導(dǎo)波從1和2端口等幅同相輸入,H臂有“和”輸出,E臂無輸出；如果E臂和H臂接匹配負(fù)載,導(dǎo)波從1和2端口等幅反相輸入,E臂有“和”輸出,H臂無輸出。雙T可等效為一個可逆對稱無耗四端口網(wǎng)絡(luò)北京交通大學(xué)Beijing

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Universit根據(jù)對稱性,可得S11=S22根據(jù)可逆性（即互易性）,可得S12=S21,S13=S31S14=S41,S23=S32,S24=S42,S34=S43,雙T的S矩陣為對于普通的雙T接頭,由