電磁波第7章ppt課件

1、7.1 引言7.2 簡(jiǎn)單元件7.3 阻抗調(diào)配器和阻抗變換器7.4 定向耦合器與功率分配器7.5 微波諧振器7.6 微波濾波器7.7 微波鐵氧體元件,第7章 微 波 元 件,在微波系統(tǒng)中，微波元件是用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種加工和處理的。 例如對(duì)信號(hào)進(jìn)行分配、衰減、隔離、定向傳輸、相位控制、阻抗匹配與變換、波型變換、濾波等。它們是基于傳輸線的分布參數(shù)性質(zhì)而制成的,7.1 引 言,7.2.1 終端器件與連接器件7.2.2 衰減器與移相器7.2.3 波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu),7.2 簡(jiǎn)單元件,1. 短路器與接頭 短路器又稱短路負(fù)載，其作用是將電磁波能量全部反射回去。將波導(dǎo)或同軸線的終端用金屬導(dǎo)體全部封閉起來(lái)即構(gòu)成波導(dǎo)或

2、同軸線短路器。實(shí)用中的短路器都做成了可調(diào)的，稱為短路活塞，可用作調(diào)配器、標(biāo)準(zhǔn)可變電抗，廣泛應(yīng)用于微波測(cè)量,7.2.1 終端器件與連接器件,1. 短路器與接頭2. 匹配負(fù)載3. 波導(dǎo)的彎曲與扭轉(zhuǎn),短路活塞：接觸式和扼流式,圖7-2-1 矩形波導(dǎo)接觸式短路活塞,物理接觸點(diǎn)恰好位于電流波節(jié)點(diǎn)處，以減小損耗，避免發(fā)生打火,圖7-2-2 矩形波導(dǎo)山字形扼流式短路活塞,駐波比可以做到大于100。但因扼流槽尺寸與工作頻率有關(guān)，故有10%15%的帶寬限制,圖7-2-3是兩種同軸線結(jié)構(gòu)的扼流活塞， 其原理相同，不再重復(fù),圖7-2-3 同軸線短路活塞,接頭用于連接傳輸線，也有接觸式和扼流式兩種。法蘭盤結(jié)構(gòu)形式有平

3、法蘭盤和扼流式法蘭盤兩種，如圖7-2-4所示,扼流式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛,2. 匹配負(fù)載匹配負(fù)載是一種能全部吸收輸入功率的終端元件，由一段終端短路的波導(dǎo)或同軸線構(gòu)成，其中放有吸收微波功率的物質(zhì)構(gòu)成。 匹配負(fù)載的主要技術(shù)指標(biāo)是工作帶寬、輸入駐波比和功率容量。匹配負(fù)載按其功率容量可分為小功率和大功率兩種,圖7-2-5 小功率波導(dǎo)匹配負(fù)載,這種匹配負(fù)載在10%15%帶寬內(nèi)可，且其駐波比低于1.01,圖7-2-6 小功率同軸匹配負(fù)載,圖7-2-7 高功率波導(dǎo)水負(fù)載,大功率匹配負(fù)載須采用“體”吸收的方法?？紤]到熱量吸收的同時(shí)，還要考慮到散熱問(wèn)題,圖7-2-8 波導(dǎo)彎頭,3. 波導(dǎo)的彎曲與扭轉(zhuǎn)當(dāng)傳輸線方向改

4、變時(shí)，中間就要接入彎頭， 彎頭有折角及圓弧兩種,圖7-2-9 波導(dǎo)彎曲,弧度半徑R對(duì)于E面彎頭R1.5b，對(duì)于H面彎頭R1.5a,圖7-2-10 扭轉(zhuǎn)波導(dǎo),有時(shí)需要改變極化方向而傳輸方向不變， 這就要用到均勻扭轉(zhuǎn),7.2.2 衰減器與移相器,吸收式衰減器 2. 截止式衰減器 3. 旋轉(zhuǎn)極化衰減器 4. 移相器,圖7-2-11 矩形波導(dǎo)吸收式衰減器,1、衰減器：吸收式衰減、截止式衰減、旋轉(zhuǎn)式極化衰減器,圖7-2-12 截止式衰減器,當(dāng)c時(shí)，波不能在波導(dǎo)中傳輸，處于截止?fàn)顟B(tài)，這種波導(dǎo)稱為截止波導(dǎo)。此時(shí)波的振幅在波導(dǎo)中按ez衰減，且無(wú)相位變化,圖7-2-13 旋轉(zhuǎn)極化衰減器,4. 移相器理想的移相器

5、應(yīng)該是一個(gè)衰減為零、相移量可變的二端口網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣為其中，為相移常數(shù)； l為移相器移相作用部分長(zhǎng)度?？梢?jiàn)改變移相量有兩種方法：(1) 改變傳輸線的長(zhǎng)度l，可以改變相移。 (2) 改變傳輸線的相位常數(shù)，也可以改變相移,結(jié)構(gòu)：將衰減器的吸收片換成低損耗介質(zhì)片(如石英、聚四氟乙烯等)便成為介質(zhì)片可調(diào)移相器,1. E-T分支 2. H-T分支3. 雙T分支及魔T,7.2.3 波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為主波導(dǎo)的兩臂1、2以分支臂4(稱為電臂)為幾何對(duì)稱,圖7-2-14 E-T分支,圖7-2-17 H-T分支,圖7-2-20 波導(dǎo)雙T,7.2.3 波導(dǎo)分支結(jié)構(gòu)（主模TE10波）1. E-T分支,圖7-2

6、-14 E-T分支,圖7-2-15 E-T分支各臂輸入與輸出情況,E-T傳輸特性： 當(dāng)從4端口輸入時(shí)，1與2端口將有等幅反相的輸出。 當(dāng)1與2端口將有等幅反相的輸入時(shí)，4端口輸出和。 當(dāng)1與2端口將有等幅同相的輸入時(shí)，4端口輸出差。 當(dāng)從1端口輸入時(shí)，4與2端口將有等幅同相的輸出。 當(dāng)從2端口輸入時(shí)，4與1端口將有等幅同相的輸出,2. H-T分支,圖7-2-17 H-T分支,圖7-2-18 H-T分支各臂輸入輸出情況,H-T傳輸特性： (1) 當(dāng)波由3臂輸入時(shí)，1、2兩臂有等幅同相輸出，即S13=S23。 (2) 當(dāng)波由1、2兩臂等幅同相輸入時(shí)，則在3臂有“和”輸出。(3) 當(dāng)波由1、2兩臂等

7、幅反相輸入時(shí)，則在3臂有“差”輸出。(4) 當(dāng)波由1臂輸入時(shí)，則在2、3臂有等幅同相輸出，即S21=S31。 (5)當(dāng)波由2臂輸入時(shí)，則在1、3兩臂有等幅同相輸出，即S12=S32,圖7-2-20 波導(dǎo)雙T,3. 雙T分支及魔T,主波導(dǎo)為1、2臂，3為H面分支臂，4為E面分支臂，幾何對(duì)稱面為T,雙T分支的一些重要特性： 波由3臂輸入時(shí)，1、2兩臂有等幅同相的輸出，即S13=S23。 (2) 波由4臂輸入時(shí)，1、2兩臂有等幅反相的輸出，即S14 =S24(E-T接頭的特性)。 (3) 波由1、2兩臂等幅同相輸入時(shí)，3臂有“和”的輸出，4臂無(wú)輸出，即S43=0。 (4) 波由1、2兩臂等幅反相輸入

8、時(shí)，3臂有“和”的輸出，4臂無(wú)輸出，即S34=0。 (5) 根據(jù)雙接頭結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，又有S11=S22。 (6) 由互易性，又有S12=S21，S13=S31，S23=S32， S34=S43，S14=S41,圖7-2-21 魔T(匹配雙T,一旦3、4兩臂人為地調(diào)好匹配，則1、2兩臂將自動(dòng)達(dá)到匹配，這種匹配的雙接頭，通常稱為“魔,由以上分析可得出匹配雙的三個(gè)重要特性，如下所示： (1) 功率的平分性。相鄰兩端口有3 dB的耦合量，即由1端口1輸入的功率，由3、4兩端口平分輸出（S13=S14）；由3端口輸入的功率，由1、2兩端口等幅同相平分輸出S13=S23；由4端口輸入的功率，由1、2兩端口

9、等幅反相平分輸出S14=- S24 ；(2) 對(duì)口隔離性。1端口與2端口，3端口與4端口互相隔離，即S12=S21=S34=S43=0；(3) 自動(dòng)匹配性。如果3端口與4端口匹配，則1端口與2端口自動(dòng)獲得匹配，即S11=S22=S33=S44=0,于是得魔T的S矩陣為,7.3.1 微波電抗元件1. 膜片與螺釘1) 電容膜片平行波導(dǎo)寬邊放置的金屬膜片,7.3 阻抗調(diào)配器和阻抗變換器,圖7-3-1 電容膜片,2) 電感膜片平行窄邊放置的金屬膜片,圖7-3-2 電感膜片,將電容性膜片和電感性膜片組合起來(lái)，則其等效電路是電感與電容的并聯(lián)，可對(duì)某一頻率發(fā)生諧振，因而稱之為諧振窗,圖7-3-3 諧振窗及等

10、效電路,圖7-3-4 天線收發(fā)開(kāi)關(guān)示意圖,如圖7-3-4所示為雷達(dá)中天線收發(fā)開(kāi)關(guān)的示意圖。在兩個(gè)諧振窗間的密閉空間充以容易電離的氣體，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的功率Pr到達(dá)諧振窗1時(shí)，因氣體電離使諧振窗口成為一短路面，波將被反射而不進(jìn)入接收機(jī)；當(dāng)工作于接收狀態(tài)時(shí)，由于功率小，不足以使氣體電離，接收的信號(hào)將無(wú)反射地穿過(guò)諧振窗口而傳送到接收機(jī),3) 螺釘與銷釘當(dāng)在矩形波導(dǎo)寬邊中央插入金屬螺釘,圖7-3-5 調(diào)諧螺釘及其等效電路,2. 并聯(lián)短截線由長(zhǎng)線理論知道，長(zhǎng)度為l的短路短線，其輸入端的阻抗為Zin=jZ0 tanl。當(dāng)0l/4時(shí)，Zin為感抗，如果短路短線長(zhǎng)度很小， l(一般選用l/8)，其輸入阻抗可近似為

11、故l的短路短線可以等效為一個(gè)并聯(lián)電感， 其電感值為,同樣，長(zhǎng)度為l(l)開(kāi)路短線可近似等效為一個(gè)并聯(lián)電容，其電容值為,圖7-3-6 帶狀線(微帶線)短截線示意圖及等效電路,3. 高低阻抗線由第6章習(xí)題6-11知, 長(zhǎng)度為l、 特性阻抗為Z0的均勻無(wú)耗傳輸線段可以等效為T型電路；也可以等效為型電路，如圖7-3-7所示,圖7-3-7 傳輸線段及其等效電路,7.3.2 阻抗調(diào)配器 阻抗調(diào)配器一般采用并聯(lián)電納的方式實(shí)現(xiàn)，其調(diào)配原理就是第4章中講述的支節(jié)匹配。為克服匹配死區(qū)的不利影響，多采用三支節(jié)匹配器。根據(jù)傳輸線類型，須采用不同結(jié)構(gòu)的電抗元件及連接方式,圖7-3-8 同軸調(diào)配器結(jié)構(gòu)示意圖,圖7-3-9 矩形波導(dǎo)調(diào)配器結(jié)構(gòu)示意