第五章微波元件新

1、ab平法蘭盤：平法蘭盤：4.1 連接元件連接元件波導(dǎo)抗流連接波導(dǎo)抗流連接對于兩段波導(dǎo)的連接除了用法蘭盤做機(jī)械連接外，還對于兩段波導(dǎo)的連接除了用法蘭盤做機(jī)械連接外，還要保證連接處有良好的電接觸，這可以通過抗流連接要保證連接處有良好的電接觸，這可以通過抗流連接來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。抗流連接如圖所示，抗流連接如圖所示，抗流式同軸接頭抗流式同軸接頭 同軸線同軸線波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器如圖，這是一種連接同軸如圖，這是一種連接同軸線和波導(dǎo)的元件。線和波導(dǎo)的元件。探針接信號源可以作為發(fā)射天線在矩形波導(dǎo)探針接信號源可以作為發(fā)射天線在矩形波導(dǎo)中激勵起中激勵起TE10TE10模。模。激勵：激勵：同時由互易定理：同時由互易

2、定理：耦合：耦合： 矩形波導(dǎo)接信號源，探針可以作為接收天矩形波導(dǎo)接信號源，探針可以作為接收天線接收波導(dǎo)激勵起的電場。線接收波導(dǎo)激勵起的電場。耦合環(huán)轉(zhuǎn)化器耦合環(huán)轉(zhuǎn)化器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：同軸線從波導(dǎo)窄壁插入波導(dǎo)，其內(nèi)導(dǎo)體同軸線從波導(dǎo)窄壁插入波導(dǎo)，其內(nèi)導(dǎo)體延伸作成小環(huán)再接在外導(dǎo)體上。外導(dǎo)體與波導(dǎo)窄延伸作成小環(huán)再接在外導(dǎo)體上。外導(dǎo)體與波導(dǎo)窄壁相連。小環(huán)平面垂直波導(dǎo)壁。壁相連。小環(huán)平面垂直波導(dǎo)壁。 同軸線同軸線微帶線轉(zhuǎn)接器微帶線轉(zhuǎn)接器同軸線與微帶線之間的轉(zhuǎn)換如圖所示。同軸線與微帶線之間的轉(zhuǎn)換如圖所示。接地板介質(zhì)導(dǎo)體帶同軸線圖圖4-44-4（a a）平行轉(zhuǎn)換）平行轉(zhuǎn)換 （b b）垂直轉(zhuǎn)換）垂直轉(zhuǎn)換 同軸線一微

3、帶轉(zhuǎn)接器同軸線一微帶轉(zhuǎn)接器 矩形波導(dǎo)的等效阻抗通常在矩形波導(dǎo)的等效阻抗通常在300300一一400400之間之間 微帶線特性阻抗一般為微帶線特性阻抗一般為5050 脊波導(dǎo)高度最高時的等效阻抗約為脊波導(dǎo)高度最高時的等效阻抗約為80-9080-90矩形矩形圓形截面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器圓形截面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器因矩形和圓截面波導(dǎo)的主模的因矩形和圓截面波導(dǎo)的主模的場結(jié)構(gòu)很相似，所以可以采用場結(jié)構(gòu)很相似，所以可以采用波導(dǎo)截面漸變的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)模波導(dǎo)截面漸變的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)接。如圖所示式轉(zhuǎn)接。如圖所示微波鐵氧體器件，可變衰減器和可變移相器微波鐵氧體器件，可變衰減器和可變移相器 極化轉(zhuǎn)換器極化轉(zhuǎn)換器 多螺釘極化轉(zhuǎn)換器多螺釘極

4、化轉(zhuǎn)換器 介質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器介質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器 E ET T分支分支Z0Z0123T T形接頭是一種將一路信號分成兩路的三端口元件，圖示的是形接頭是一種將一路信號分成兩路的三端口元件，圖示的是E-TE-T分支接頭和其等效電路分支接頭和其等效電路E-T分支的場分布圖分支的場分布圖當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口3 3輸入時，輸入時，1 1和和2 2口輸出等幅反相波口輸出等幅反相波當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口1 1和和2 2等幅同相輸入時，等幅同相輸入時，3 3口無輸出主波導(dǎo)內(nèi)口無輸出主波導(dǎo)內(nèi)為駐波。對稱面為電場的波腹位置為駐波。對稱面為電場的波腹位置當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口1 1

5、和和2 2等幅反相輸入時，等幅反相輸入時，3 3口有最大輸出，對口有最大輸出，對稱面為電場的波節(jié)位置稱面為電場的波節(jié)位置由波導(dǎo)臂上的電流分布可以看出由波導(dǎo)臂上的電流分布可以看出E-TE-T分支相當(dāng)于串接在主波分支相當(dāng)于串接在主波導(dǎo)上導(dǎo)上波導(dǎo)分支接頭波導(dǎo)分支接頭H-T分支分支124H-T分支波導(dǎo)延伸方向與主波導(dǎo)的分支波導(dǎo)延伸方向與主波導(dǎo)的TE10模的磁場平行，如圖所示模的磁場平行，如圖所示仍把兩臂端口令為仍把兩臂端口令為1 1和和2 2分支為分支為4 4口口同樣可以分析得出同樣可以分析得出H-TH-T的工作特性的工作特性當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口4 4輸入時，輸入時，1 1和和2 2口

6、輸出等幅同相波口輸出等幅同相波當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口1 1和和2 2等幅同相輸入時，等幅同相輸入時，4 4口有最大輸出，主波口有最大輸出，主波導(dǎo)內(nèi)為駐波。對稱面為電場的波腹位置導(dǎo)內(nèi)為駐波。對稱面為電場的波腹位置當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口1 1和和2 2等幅反相輸入時，等幅反相輸入時，4 4口無輸出，對稱面為口無輸出，對稱面為電場的波節(jié)位置。電場的波節(jié)位置。H-T分支的場分布圖分支的場分布圖雙雙T分支分支雙雙T T為為E-TE-T分支和分支和H-TH-T分支的組合，分支的組合，由前面的分析可以得出雙由前面的分析可以得出雙T T有如下有如下特性特性當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端

7、口模從端口4 4輸入時，輸入時，1 1和和2 2口輸口輸出等幅反相波，出等幅反相波，3 3口無輸出口無輸出當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端模從端3 3口輸入時，口輸入時，1 1和和2 2口有口有等幅同相波輸出，等幅同相波輸出，4 4口沒有輸出口沒有輸出當(dāng)當(dāng)TE10TE10模從端口模從端口1 1和和2 2等幅同相輸入時，等幅同相輸入時，3 3口有輸出，口有輸出，4 4口沒有口沒有輸出，若端口輸出，若端口1 1和和2 2等幅反相輸入時，等幅反相輸入時， 4 4口有輸出，口有輸出，3 3口沒有輸口沒有輸出。出。1234雙雙T T相當(dāng)于在主波導(dǎo)的同一位置處同時開了一個串口和并口，相當(dāng)于在主波導(dǎo)的同一位置處同

8、時開了一個串口和并口，它可以等效為普通的平衡電路。它可以等效為普通的平衡電路。31241234波導(dǎo)波導(dǎo)R,L,C元件元件匹配負(fù)載用于吸收全部的入射功率，通常接于系統(tǒng)的終端。匹配負(fù)載用于吸收全部的入射功率，通常接于系統(tǒng)的終端。導(dǎo)帶介質(zhì)基片電阻薄膜衰減器衰減器衰減器用于在一定范圍內(nèi)調(diào)整微波信號的幅值，通過對信號產(chǎn)衰減器用于在一定范圍內(nèi)調(diào)整微波信號的幅值，通過對信號產(chǎn)生一定的衰減實現(xiàn)。按工作原理可以分為分為吸收式衰減器、生一定的衰減實現(xiàn)。按工作原理可以分為分為吸收式衰減器、截止波導(dǎo)衰減器和極化衰減器三種類型。截止波導(dǎo)衰減器和極化衰減器三種類型。吸收式衰減器是在一段波導(dǎo)內(nèi)放置吸收片，用以吸收部分吸收式

9、衰減器是在一段波導(dǎo)內(nèi)放置吸收片，用以吸收部分信號功率而實現(xiàn)衰減。信號功率而實現(xiàn)衰減。截止波導(dǎo)衰減器是利用波導(dǎo)內(nèi)的截止場量沿波導(dǎo)縱向呈指數(shù)截止波導(dǎo)衰減器是利用波導(dǎo)內(nèi)的截止場量沿波導(dǎo)縱向呈指數(shù)衰減的特性。對于圓截面波導(dǎo)的截止衰減器其截面半徑滿足衰減的特性。對于圓截面波導(dǎo)的截止衰減器其截面半徑滿足截止條件：截止條件：Rc41. 3在截止圓截面波導(dǎo)始端激勵起的在截止圓截面波導(dǎo)始端激勵起的TE11模幅值沿縱向按指數(shù)衰模幅值沿縱向按指數(shù)衰減分布減分布zerzrFF.設(shè)波導(dǎo)信號輸入功率為設(shè)波導(dǎo)信號輸入功率為P1，z=0處耦合信號功率為處耦合信號功率為P0，在，在z=l處耦合到同軸線中信號功率為處耦合到同軸線

10、中信號功率為Pl，則相對于，則相對于P1的衰減量以分的衰減量以分貝表示為：貝表示為： dBlLeLerFrFPPPPPPPPlLlll68. 80lg200.lg10lg10lg10lg1020110011旋轉(zhuǎn)極化式可變衰減器旋轉(zhuǎn)極化式可變衰減器 極化式衰減器由兩個矩形截面波導(dǎo)極化式衰減器由兩個矩形截面波導(dǎo)圓截面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器圓截面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器和一段同軸波導(dǎo)構(gòu)成。和一段同軸波導(dǎo)構(gòu)成。cos1EE 當(dāng)經(jīng)過輸出端的轉(zhuǎn)接器后，轉(zhuǎn)化為當(dāng)經(jīng)過輸出端的轉(zhuǎn)接器后，轉(zhuǎn)化為TE10模輸出，其量值模輸出，其量值為為212coscosEEE這樣，衰減器衰減量與圓截面波導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)，其衰減這樣，衰減器衰減量與圓截面波導(dǎo)

11、的旋轉(zhuǎn)角度有關(guān)，其衰減量分貝為量分貝為dBEEPPLcoslg40cos1lg10lg10lg10422121電抗元件電抗元件膜片，銷釘和螺釘膜片，銷釘和螺釘在一段波導(dǎo)上下對稱放置金屬膜片，當(dāng)波導(dǎo)寬臂上縱向電流在一段波導(dǎo)上下對稱放置金屬膜片，當(dāng)波導(dǎo)寬臂上縱向電流到達(dá)膜片時被截斷，在膜片端口聚集電荷，隨著導(dǎo)行波的傳到達(dá)膜片時被截斷，在膜片端口聚集電荷，隨著導(dǎo)行波的傳輸電荷量也隨之變化。輸電荷量也隨之變化。因此上下膜片相當(dāng)于構(gòu)成了一個并聯(lián)的電容，稱為電容膜片因此上下膜片相當(dāng)于構(gòu)成了一個并聯(lián)的電容，稱為電容膜片cz0z0當(dāng)膜片在波導(dǎo)窄臂上時則等效為一個電感，這樣放置的膜片當(dāng)膜片在波導(dǎo)窄臂上時則等效為

12、一個電感，這樣放置的膜片又稱為電感膜片。又稱為電感膜片。Lz0z0如果在波導(dǎo)的橫截面上同時放上電容和電感膜片，這樣就形如果在波導(dǎo)的橫截面上同時放上電容和電感膜片，這樣就形成了一個諧振腔，波導(dǎo)傳輸信號的頻率等效為諧振頻率，諧成了一個諧振腔，波導(dǎo)傳輸信號的頻率等效為諧振頻率，諧振頻率決定于窗口的尺寸。振頻率決定于窗口的尺寸。在矩形波導(dǎo)中置放與波導(dǎo)上下寬臂連接的金屬棒，稱為電感在矩形波導(dǎo)中置放與波導(dǎo)上下寬臂連接的金屬棒，稱為電感銷釘或電感棒，它可以看作是電感膜片的變形，其電感量與銷釘或電感棒，它可以看作是電感膜片的變形，其電感量與棒的粗細(xì)有關(guān)。棒的粗細(xì)有關(guān)。L圖圖5.5.2 5.5.2 波導(dǎo)諧振窗波

13、導(dǎo)諧振窗 圖圖5.5.4 5.5.4 波導(dǎo)中的螺釘和其等效電路波導(dǎo)中的螺釘和其等效電路波導(dǎo)和同軸短路活塞波導(dǎo)和同軸短路活塞目前廣泛使用的是同軸型和波導(dǎo)型抗流短路活塞，它們目前廣泛使用的是同軸型和波導(dǎo)型抗流短路活塞，它們利用四分之一波長線的阻抗變換作用，使活塞形成短路利用四分之一波長線的阻抗變換作用，使活塞形成短路面，這種結(jié)構(gòu)損耗小，壽命長，但是工作頻帶較窄。面，這種結(jié)構(gòu)損耗小，壽命長，但是工作頻帶較窄。4.4 定向耦合器定向耦合器定向耦合器是利用小孔耦合定向耦合器是利用小孔耦合.分支耦合及平行線耦合等方式分支耦合及平行線耦合等方式,把主傳輸線中的一部分信號取出把主傳輸線中的一部分信號取出,用于

14、微波系統(tǒng)的監(jiān)測用于微波系統(tǒng)的監(jiān)測,信號信號功率的分配或合成功率的分配或合成.耦合器符號耦合器符號 定向耦合器方框圖定向耦合器方框圖 9090理想混合電橋散射矩陣為理想混合電橋散射矩陣為 00100111002100jjSjj理想理想0180混合電橋的散射矩陣為混合電橋的散射矩陣為 010110101010121010S定向耦合器的基本指標(biāo)定向耦合器的基本指標(biāo)1432定向耦合器耦合度：定義為耦合度：定義為1口輸入功率口輸入功率P1與與3口輸出口輸出P3功率之比的分貝數(shù)。功率之比的分貝數(shù)。dBPPC31lg10隔離度：定義為隔離度：定義為1口輸入功率口輸入功率P1與與4口輸出功率口輸出功率P4之比

15、的分之比的分 貝數(shù)。貝數(shù)。dBPPI41lg10方向性：定義為方向性：定義為3口輸出功率口輸出功率P3與與4口輸出功率口輸出功率P4之比的分貝之比的分貝 數(shù)。數(shù)。dBPPD43lg10此外此外,定向耦合器還有輸入駐波比這一指標(biāo)定向耦合器還有輸入駐波比這一指標(biāo).與其它的微波元件與其它的微波元件一樣定向耦合器也有工作頻帶寬度的指標(biāo)一樣定向耦合器也有工作頻帶寬度的指標(biāo),它是指上述各項指它是指上述各項指標(biāo)都滿足要求時的頻率范圍標(biāo)都滿足要求時的頻率范圍.波導(dǎo)窄壁雙孔定向耦合器波導(dǎo)窄壁雙孔定向耦合器lABAB4132如圖如圖,主副矩形截面波導(dǎo)窄壁為公共壁主副矩形截面波導(dǎo)窄壁為公共壁,上有兩個形狀相同的上有

16、兩個形狀相同的間距為間距為l的小孔的小孔.信號由主波導(dǎo)口信號由主波導(dǎo)口1輸入輸入,并令波幅為并令波幅為1.令小孔的耦合系數(shù)為令小孔的耦合系數(shù)為C,C+.C- 分別為向分別為向3口和口和4口傳輸?shù)牟靠趥鬏數(shù)牟糠址?假定輸入波經(jīng)過小孔假定輸入波經(jīng)過小孔a,b后幅值不變后幅值不變.在副波導(dǎo)中向端口在副波導(dǎo)中向端口3傳輸?shù)鸟詈喜▊鬏數(shù)鸟詈喜?由小孔由小孔a和和b兩部分組成兩部分組成他們到達(dá)他們到達(dá)BB時耦合波為時耦合波為ljljljeCeCeCA23在向在向4口傳輸?shù)牟ㄔ诳趥鬏數(shù)牟ㄔ贏A處的耦合疊加波為處的耦合疊加波為ljljleCeCCAcos224耦合度為耦合度為4lg101lg101lg10223CAC隔離度為隔離度為4lg10cos1lg101lg10224lCAIlABAB4132定向性為定向性為2222423cos1lg10lg10lg10lCCAAD若小孔無方向性若小孔無方向性,則有則有l(wèi)D