常用微波元件實(shí)用教案

1、 線性互易元器件只對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行線性變換而不改變頻率特性，并滿足互易定理, 它主要包括各種微波連接匹配元件、 功率分配元器件、微波濾波器件及微波諧振器件等; 線性非互易元器件主要是指鐵氧體器件, 它的散射矩陣不對(duì)稱,但仍工作在線性區(qū)域(qy), 主要包括隔離器、環(huán)行器等; 非線性元器件能引起頻率的改變, 從而實(shí)現(xiàn)放大、調(diào)制、變頻等, 主要包括微波電子管、 微波晶體管、微波固態(tài)諧振器、 微波場(chǎng)效應(yīng)管及微波電真空器件等。 本章主要介紹一些常用元件的工作原理和基本特性第1頁(yè)/共52頁(yè)第一頁(yè)，共53頁(yè)。 短路負(fù)載又稱為短路器，它的作用是將電磁能量全部(qunb)反射回去。將同軸線和波導(dǎo)終端短路，即分別

2、成為同軸線和波導(dǎo)固定短路器。 實(shí)際很多情況下將短路負(fù)載做成可調(diào)的，其主要的要求為：1)保證接觸處的損耗小，其反射系數(shù)的模接近12)當(dāng)活塞移動(dòng)時(shí)，接觸損耗的變化要小。3)大功率條件下，活塞與波導(dǎo)(同軸導(dǎo)體)之間不能發(fā)生打火現(xiàn)象。1、短路(dunl)負(fù)載6.1一端口元件(yunjin)一端口元件常用的有短路負(fù)載、匹配負(fù)載以及失配負(fù)載。2、短路負(fù)載 的實(shí)現(xiàn)形式：接觸式和扼流式兩種(1)接觸式波導(dǎo)接觸式短路器第2頁(yè)/共52頁(yè)第二頁(yè)，共53頁(yè)。同軸接觸式短路器短路器的電流(dinli)分布 從電流分布可以看出(kn ch)，其在短路處的電流為最大值，相應(yīng)的開(kāi)路端為電流節(jié)點(diǎn)。 優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是活塞

3、移動(dòng)時(shí)接觸不恒定，彈簧片會(huì)逐漸磨損，大功率時(shí)，容易發(fā)生(fshng)打火現(xiàn)象。第3頁(yè)/共52頁(yè)第三頁(yè)，共53頁(yè)。(2)扼流式波導(dǎo)(b do)扼流式短路器同軸扼流式短路器扼流式短路器的等效電路從等效電路可以看出(kn ch)，其輸入阻抗0201201)()(ZZRZZZkcdinabin第4頁(yè)/共52頁(yè)第四頁(yè)，共53頁(yè)。(二) 匹配(ppi)負(fù)載 匹配負(fù)載(fzi)能幾乎無(wú)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(shí)，都要用到匹配負(fù)載(fzi)。其結(jié)構(gòu) ：通常為一段短路波導(dǎo)或同軸線，其中放有吸波材料。對(duì)匹配負(fù)載的指標(biāo)(zhbio)：（1）頻率：有較寬的工作頻帶，（2) 輸入駐波比

4、：輸入駐波比?。?）功率容量：具有一定的功率容量。通常將功率容量1W的稱為高功率負(fù)載。 第5頁(yè)/共52頁(yè)第五頁(yè)，共53頁(yè)。 如圖所示，低功率匹配負(fù)載由短路金屬波導(dǎo)及在其內(nèi)部沿電場(chǎng)方向(fngxing)放置劈型或楔型吸收片(通常由陶瓷、玻璃等薄片介質(zhì)涂以金屬粉末制成將導(dǎo)致表面接觸電阻)，為了獲得好的吸收性能，通常吸收片的長(zhǎng)度為12個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)。第6頁(yè)/共52頁(yè)第六頁(yè)，共53頁(yè)。(三) 失配(sh pi)負(fù)載失配負(fù)載(mismatch load)是既吸收一部分功率(gngl)又反射一部分功率(gngl)的負(fù)載。實(shí)際使用的失配負(fù)載都制作成具有一定駐波比的標(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)載。 結(jié)構(gòu)：與匹配負(fù)載相同，只是波導(dǎo)口

5、徑的窄邊b不相同。駐波比和反射系數(shù)的關(guān)系(gun x)為：假設(shè)b0為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的窄邊尺寸，b為失配負(fù)載波導(dǎo)的窄邊尺寸。因?yàn)榉瓷湎禂?shù)的大小和導(dǎo)行系統(tǒng)的等效特性阻抗相關(guān)，因此有：11第7頁(yè)/共52頁(yè)第七頁(yè)，共53頁(yè)。Z0為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的等效特性阻抗，Z為失配負(fù)載波導(dǎo)的等效特性阻抗。從而(cng r)駐波比可以表示為：00ZZZZ0000000000b),511 . 3(/bTE221111baaZZZZZZZZZZZZZZZZZZ相同而失配負(fù)載的寬邊見(jiàn)相關(guān)的模的等效阻抗只和波導(dǎo)由于如果第8頁(yè)/共52頁(yè)第八頁(yè)，共53頁(yè)。從上面的公式可以看出，對(duì)于不同的駐波比可以選擇不同的失配(sh pi)負(fù)載波導(dǎo)的窄邊。

6、b),511 . 3(/bTE2211110000000000baaZZZZZZZZZZZZZZZZZZ相同而失配負(fù)載的寬邊見(jiàn)相關(guān)的模的等效阻抗只和波導(dǎo)由于如果第9頁(yè)/共52頁(yè)第九頁(yè)，共53頁(yè)。6.2二端口元件(yunjin)1.無(wú)耗互易二端口網(wǎng)絡(luò)的基本(jbn)性質(zhì)二端口元件(yunjin)等效為二端口微波網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣為：010, 10,)2() 1 ()4(0) 3(0)2( 11) 1 ( 11221112222112112211*2122*1112*2221*1211222212*2222*1212212211*2121*1111*21122212211122211211SSSSS

7、SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSSSSStt如果如果可得到：、由有由散射矩陣的么陣特性的有如果網(wǎng)絡(luò)是無(wú)耗且互易第10頁(yè)/共52頁(yè)第十頁(yè)，共53頁(yè)。個(gè)相角。第可以求出的，已知其中的兩個(gè)，的相角只有兩個(gè)是獨(dú)立則是完全傳輸?shù)?。若網(wǎng)絡(luò)是完全匹配的，一個(gè)端口自動(dòng)匹配若一個(gè)端口匹配，則另性質(zhì)如下：無(wú)耗互易二端口網(wǎng)絡(luò)的綜合上面的介紹：得到即，由有、由公式令3,)3()2() 1 ()arg()arg()arg(2)5()(2)()(100)4()3(,221211221112122211)()()()()()(1112)()(121121122211)(22)(21)(1

8、2)(11)(2222)(1221)(1212)(111122121211221212112221121122121211SSSSSSSSSeeSSeSSSSSSeSeSeSeSeSSeSSeSSeSSSSSSjSSjSSjSjSjSjSjSjSjSjSj第11頁(yè)/共52頁(yè)第十一頁(yè)，共53頁(yè)。2.連接(linji)元件連接元件(yunjin)的作用是將作用不同的微波元件(yunjin)連接成完整的系統(tǒng)。主要技術(shù)指標(biāo)要求：插入損耗小、駐波比小，功率容量大、工作頻帶寬等。1)波導(dǎo)(b do)接頭波導(dǎo)接頭：平頭接頭和扼流接頭平頭波導(dǎo)接頭的優(yōu)點(diǎn)：加工方便，體積小，頻帶寬，主要應(yīng)用于寬帶波導(dǎo)元件和測(cè)試中

9、。第12頁(yè)/共52頁(yè)第十二頁(yè)，共53頁(yè)。扼流接頭(ji tu) 平頭法蘭端面切出四分之一波長(zhǎng)深的抗流槽，槽口距波導(dǎo)內(nèi)壁也是四分之一波長(zhǎng)，也就是槽底距波導(dǎo)內(nèi)表面為二分之一波長(zhǎng)。這樣即可在機(jī)械接觸處造成電流(dinli)波節(jié)，即使在兩波導(dǎo)端面間略有間隙或錯(cuò)扭，其間仍會(huì)呈現(xiàn)短路電抗，達(dá)到對(duì)直流開(kāi)路、對(duì)射頻短路的微波耦合。 扼流法蘭的優(yōu)點(diǎn)：加工簡(jiǎn)單，安裝方便，功率容量大，缺點(diǎn)：工作頻帶較窄。 第13頁(yè)/共52頁(yè)第十三頁(yè)，共53頁(yè)。2)同軸接頭(ji tu)同軸線之間的連接可以(ky)使用同軸接頭實(shí)現(xiàn)，常用的同軸接頭有N型，SMA和BNC型。為了連接的需要，N型和SMA接頭有陰陽(yáng)之分。BNC型SMAN型

10、第14頁(yè)/共52頁(yè)第十四頁(yè)，共53頁(yè)。（二）轉(zhuǎn)接（二）轉(zhuǎn)接(zhun ji)元件元件 在將不同類型的傳輸線或元件連接(linji)時(shí)，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)(b do)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，其結(jié)構(gòu)如圖所示。2、波導(dǎo)微帶轉(zhuǎn)接器 通常在波導(dǎo)與微帶線之間加一段脊波導(dǎo)過(guò)渡段來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。 同軸線波導(dǎo) 波導(dǎo)微帶 第15頁(yè)/共52頁(yè)第十五頁(yè)，共53頁(yè)。(2)拐角、彎曲(wnq)和扭轉(zhuǎn)元件同軸線微帶 3、 同軸線微帶轉(zhuǎn)接器 微波系統(tǒng)中為了改變電磁波傳播的方向，需要采用拐角(guijio)和彎曲元件；當(dāng)需要改變電磁波的極化方向而不改變其

11、傳輸方向的時(shí)候，需要用到扭轉(zhuǎn)元件。技術(shù)指標(biāo)：反射應(yīng)盡可能的小、工作頻帶盡可能的寬，功率容量。第16頁(yè)/共52頁(yè)第十六頁(yè)，共53頁(yè)。改變傳播(chunb)方向的拐角、彎曲波導(dǎo)元件改變極化方向(fngxing)的扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)元件第17頁(yè)/共52頁(yè)第十七頁(yè)，共53頁(yè)。3、匹配(ppi)元件(1)膜片 波導(dǎo)中的膜片是垂直于波導(dǎo)管軸的金屬片，有對(duì)稱和不對(duì)稱之分。一般在調(diào)諧的時(shí)候采用不對(duì)稱膜片結(jié)構(gòu)，而當(dāng)負(fù)載輸出要求對(duì)稱輸出的時(shí)候，則需要對(duì)稱膜片。膜片可分成感性膜片、容性膜片。 膜片實(shí)現(xiàn)匹配的原理：利用(lyng)膜片產(chǎn)生的反射波來(lái)抵消負(fù)載不匹配而產(chǎn)生的反射波(注意是相差造成的抵消)1、電感膜片： 如圖所示的膜

12、片波導(dǎo)中傳輸?shù)腡E10模的磁場(chǎng)在膜片處集中，得到加強(qiáng)，呈電感性(gnxng)。稱為電感膜片。電感膜片及其等效電路第18頁(yè)/共52頁(yè)第十八頁(yè)，共53頁(yè)。當(dāng)膜片的厚度可以忽略的時(shí)候(sh hou)，膜片的歸一化電納近似表示為：adctgaYBbL2 2g0 2、電容膜片： 如圖所示的膜片波導(dǎo)中傳輸?shù)腡E10模的電場(chǎng)在膜片處集中，得到加強(qiáng)(jiqing)，呈電容性，稱為電容膜片。bdbYBb2cscln4g0 當(dāng)膜片的厚度可以忽略的時(shí)候(sh hou)，膜片的歸一化電納近似表示為：電容膜片及其等效電路第19頁(yè)/共52頁(yè)第十九頁(yè)，共53頁(yè)。3、諧振窗 當(dāng)感性膜片和容性膜片組合在一起，如圖所示，即構(gòu)成所

13、謂的諧振窗。其等效電路相當(dāng)于并聯(lián)(bnglin)諧振回路，針對(duì)于某個(gè)頻率，將產(chǎn)生諧振，從而使得電磁波無(wú)衰減的通過(guò)。平行平行(pngxng)耦合帶線的奇偶模電場(chǎng)線耦合帶線的奇偶模電場(chǎng)線分布分布 諧振(xizhn)窗的材料：玻璃、聚四氟乙烯、陶瓷片，金屬片等等。第20頁(yè)/共52頁(yè)第二十頁(yè)，共53頁(yè)。(2)、銷釘 銷釘是垂直于波導(dǎo)(b do)寬邊的金屬圓棒。如圖所示，在波導(dǎo)(b do)中其電感作用，常用于構(gòu)成波導(dǎo)(b do)濾波器。第21頁(yè)/共52頁(yè)第二十一頁(yè)，共53頁(yè)。銷釘?shù)南鄬?duì)電納和棒的粗細(xì)有關(guān)(yugun)，棒越細(xì)，電感量越大，其相對(duì)電納越小，同樣粗細(xì)的棒，根數(shù)越多，相對(duì)電納越大。置于a/2處

14、的單根銷釘相對(duì)電納的近似值可以通過(guò)下面的式子來(lái)求：為銷釘?shù)陌霃?。其中rraaYBbg102)2ln(2(3)、螺釘調(diào)配器 用膜片和銷釘匹配時(shí)，膜片和銷釘在波導(dǎo)中的位置固定后就不容易(rngy)再進(jìn)行調(diào)整，如果電路的性能仍然不佳，則需要使用螺釘調(diào)配器(簡(jiǎn)稱調(diào)諧螺釘)進(jìn)行調(diào)整。其結(jié)構(gòu)如圖所示為了避免和波導(dǎo)短路和擊穿，通常調(diào)諧螺釘呈容性，即作為可變電容使用。對(duì)應(yīng)(duyng)的插入波導(dǎo)的深度應(yīng)該小于0.75b，螺釘分為單調(diào)諧螺釘，雙調(diào)諧螺釘，三調(diào)諧螺釘?shù)鹊?。?2頁(yè)/共52頁(yè)第二十二頁(yè)，共53頁(yè)。4 衰減器和移相器 衰減器和移相器均屬于二端口網(wǎng)絡(luò)。衰減器的作用是對(duì)通過(guò)(tnggu)它的微波能量產(chǎn)生衰

15、減； 移相器的作用:對(duì)通過(guò)(tnggu)它的微波信號(hào)產(chǎn)生一定的相移，微波能量可無(wú)衰減地通過(guò)(tnggu)。 衰減器和移相器聯(lián)合使用，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)行系統(tǒng)中的電磁波的傳播常數(shù)。 一、衰減器 理想的衰減器應(yīng)是只有(zhyu)衰減而無(wú)相移(相移量為0)的二端口網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣為 : Seell00衰減(shui jin)器的衰減(shui jin)量表示為： APPio 10log第23頁(yè)/共52頁(yè)第二十三頁(yè)，共53頁(yè)。 在波導(dǎo)內(nèi)放入與電場(chǎng)方向(fngxing)平行的吸收片，當(dāng)微波能量通過(guò)吸收片時(shí)，將吸收一部分能量而產(chǎn)生衰減，這種衰減器稱為吸收衰減器，如圖所示。 (1)吸收式衰減器第24頁(yè)/共52頁(yè)第二

16、十四頁(yè)，共53頁(yè)。二、移相器 移相器是對(duì)電磁波只產(chǎn)生(chnshng)一定的相移而不產(chǎn)生(chnshng)能量衰減的微波元件，它是一個(gè)無(wú)反射、無(wú)衰減的二端口網(wǎng)絡(luò)，其散射矩陣為： Seejj00其中(qzhng)移相器的相移量為： llp2因此，可變移相器與可變衰減器在結(jié)構(gòu)形式上完全相似，所不同的是：衰減器使用(shyng)的是衰減片，而移相器使用(shyng)的是介質(zhì)片。第25頁(yè)/共52頁(yè)第二十五頁(yè)，共53頁(yè)。6.3三端口元件(yunjin) 即具有(jyu)三個(gè)端口波導(dǎo)、微帶、同軸接頭的器件，如功率分配器，環(huán)形器等等。 1、無(wú)耗三端口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的性質(zhì) 3323132322121312

17、11333231232221131211SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS可以改寫為如果網(wǎng)絡(luò)是互易的，則為，其散射矩陣可以表示一個(gè)任意的三端口網(wǎng)絡(luò)第26頁(yè)/共52頁(yè)第二十六頁(yè)，共53頁(yè)。 互易和完全匹配網(wǎng)絡(luò)不可能做到無(wú)耗、則不滿足，因此三端口，但是和振幅關(guān)系比較應(yīng)該為其中至少兩個(gè)散射參數(shù)從相位關(guān)系可以看出，相位關(guān)系：幅度關(guān)系：么陣特性有：由無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)散射矩陣的必然有如果三個(gè)端口均匹配，都匹配。三端口網(wǎng)絡(luò)不可能同時(shí)不可能完全匹配，即：無(wú)耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)0000, 1, 1, 1000000000)3 , 2 , 1(01*1223*1312*2313223213223212213212

18、*231323121312231323121312*231323121312SSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSiSii第27頁(yè)/共52頁(yè)第二十七頁(yè)，共53頁(yè)。 000, 1, 1, 1000000000)3 , 2 , 1(00011000100100011002*1213*2123*3132223213232212231221*323123211312231332123121*323123211312RTSSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSiSSStii相位關(guān)系：幅度關(guān)系：么陣特性有：由無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)散射矩陣的必然有如果三個(gè)端口

19、均匹配，和示為：行器的散射矩陣可以表旋環(huán)為一環(huán)形器，其正、反口網(wǎng)絡(luò)必定非互易，且：任意匹配的無(wú)耗三端性質(zhì)第28頁(yè)/共52頁(yè)第二十八頁(yè)，共53頁(yè)。0011000101, 00100011001, 0231231133221133221312312RjiijTjiijSSSSSSSSSSSSSSSSSS即則有如果即則有如果上述散射參數(shù)矩陣ST和SR不同，表示的是非互易無(wú)耗三端口網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)理想的環(huán)形器，對(duì)應(yīng)(duyng)的功率流的方向不同。第29頁(yè)/共52頁(yè)第二十九頁(yè)，共53頁(yè)。 矩陣可以寫為：因此該種情況下的散射子，由相位關(guān)系第一個(gè)式由幅度關(guān)系前兩個(gè)式子相位關(guān)系：幅度關(guān)系：么陣特性有：由無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)散

20、射矩陣的為網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣可以寫為匹配端口，則三端口和端口假設(shè)端口現(xiàn)匹配。的任意兩個(gè)端口可以實(shí)：無(wú)耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)10000, 1, 1, 100000000213331223132313*3323*1312*3313*2312*2313233223213223212213212*3323132312131233231323121312*3323132312131233323223211312SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSSSSSSUSSSSSSSSSSSSSSSSSt第30頁(yè)/共52頁(yè)第三十頁(yè)，共53頁(yè)。 )032(:4210000003223SSeee

21、Sjjj則應(yīng)該有為輸出端口，、如果以隔離做到輸出端口之間相互且有耗的三端口網(wǎng)絡(luò)可和完全匹配的，則網(wǎng)絡(luò)可以是互易的如果三端口允許有損耗性質(zhì)狀態(tài)。一個(gè)端口處于全失配的表示兩個(gè)端口匹配，另絡(luò)的散射矩陣匹配情況下的三端口網(wǎng)和該散射矩陣表示端口2.三端口功率分配/合成元件(yunjin) 通常有E-T、H-T以及電阻性功率分配器和wilkinson功率分配器1)T型接頭 如圖所示，T型接頭是一種最簡(jiǎn)單的功率分配、合成(hchng)器件。其可以用任何的導(dǎo)行系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有互易、無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，可以知道其不可能實(shí)現(xiàn)三個(gè)端口同時(shí)匹配。第31頁(yè)/共52頁(yè)第三十一頁(yè)，共53頁(yè)。無(wú)耗T型接頭(ji tu)的傳輸線模型

22、 接頭處存在與不連續(xù)性相關(guān)的邊緣(binyun)場(chǎng)和高次模，因而在接頭附近有儲(chǔ)能，用集總電納B表示。 如圖所示，為了使功率(gngl)分配器的輸入阻抗和傳輸線的特性阻抗Z0匹配，因此有00201111ZYZZjBYoin第32頁(yè)/共52頁(yè)第三十二頁(yè)，共53頁(yè)。 對(duì)于無(wú)耗傳輸線，傳輸線的特性阻抗為實(shí)數(shù)。如果等效(dn xio)的集總電納為0，則上面的式子可以寫為：00201111ZYZZYoin 而實(shí)際的情況其電納不會(huì)為0，這里的0值可以通過(guò)加入和B特性相反的電抗性調(diào)諧元件來(lái)抵消，即B為感抗，加容性調(diào)諧元件；B為容抗，加感性調(diào)諧元件。 由于接頭處的電壓相等(xingdng)，因此可以通過(guò)選擇不同

23、的輸出分支線的特性阻抗來(lái)確定端口的輸出功率，即不同的功率分配比。如果輸入端口匹配，對(duì)應(yīng)的輸出端口將不會(huì)匹配，可以通過(guò)阻抗變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)端口匹配。第33頁(yè)/共52頁(yè)第三十三頁(yè)，共53頁(yè)。 例子：如圖所示的無(wú)耗T形接頭功率分配(fnpi)器，要求輸入功率以2：1比例分配(fnpi)，求輸出線的特性阻抗以及輸出端口的反射系數(shù)。50/Z1755 . 1,15033221,312121,50,020100200102202o01201o02000ZZZZZZPZVPPZVPZVPZVininutinutin看接頭處輸入阻抗為：由端口：輸出端口的功率分別為則輸入功率為假設(shè)接頭處的電壓為第34頁(yè)/共52頁(yè)第三

24、十四頁(yè)，共53頁(yè)。31755 .37755 .37ZZ2321503015030ZZ15 .3750/150/Z23075/50/Z10220222out0110111out00120201ZZZZZZZZinininininin的反射系數(shù)為：對(duì)應(yīng)的輸出端口的反射系數(shù)為：對(duì)應(yīng)的輸出端口看接頭處輸入阻抗為：由輸出端口看接頭處輸入阻抗為：由輸出端口第35頁(yè)/共52頁(yè)第三十五頁(yè)，共53頁(yè)。 3. 波導(dǎo)分支(fnzh)器 將微波能量從主波導(dǎo)中分路接出的元件稱為波導(dǎo)分支(fnzh)器(即T形分支(fnzh)，簡(jiǎn)稱單T), 它是微波功率分配器件的一種, 常用的波導(dǎo)分支(fnzh)器有E面T型分支(fnzh

25、)、H面T型分支(fnzh)。 圖 5 - 22E-T分支(fnzh)結(jié)構(gòu)及等效電路(1) E-T分支(fnzh) E面T型分支(fnzh)器是在主波導(dǎo)寬邊面上的分支(fnzh), 其軸線平行于主波導(dǎo)的TE10模的電場(chǎng)方向, 簡(jiǎn)稱E-T分支(fnzh)。其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖 5 - 22 所示, 由等效電路可見(jiàn), E-T分支(fnzh)相當(dāng)于分支(fnzh)波導(dǎo)與主波導(dǎo)串聯(lián)。第36頁(yè)/共52頁(yè)第三十六頁(yè)，共53頁(yè)。 當(dāng)微波信號(hào)從端口“”輸入時(shí), 平均地分給端口“、 ”, 但兩端口是等幅反相的; 當(dāng)信號(hào)從端口“、”反相激勵(lì)(jl)時(shí), 則在端口“”合成輸出最大; 而當(dāng)同相激勵(lì)(jl)端口“、”時(shí)

26、, 端口“”將無(wú)輸出。 由此可得E-T分支的S參數(shù)為 02121212121212121s第37頁(yè)/共52頁(yè)第三十七頁(yè)，共53頁(yè)。 (2)H-T分支 H-T分支是在主波導(dǎo)窄邊面上的分支, 其軸線平行于主波導(dǎo)TE10模的磁場(chǎng)方向, 其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖 5 - 23 所示, 可見(jiàn)H-T分支相當(dāng)于并聯(lián)于主波導(dǎo)的分支線。 當(dāng)微波信號(hào)從端口“”輸入時(shí), 平均地分給端口“、”, 這兩端(lin dun)口得到的是等幅同相的TE10波; 當(dāng)在端口“、”同相激勵(lì)時(shí), 端口“”合成輸出最大, 而當(dāng)反相激勵(lì)時(shí)端口“”將無(wú)輸出。 H-T分支的散射矩陣為：圖 5 - 23H-T分支(fnzh)結(jié)構(gòu)及等效電路第38頁(yè)

27、/共52頁(yè)第三十八頁(yè)，共53頁(yè)。 02121212121212121s第39頁(yè)/共52頁(yè)第三十九頁(yè)，共53頁(yè)。3)電阻(dinz)性功率分配器 根據(jù)三端口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的性質(zhì)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)(wnglu)含有有耗元件的時(shí)候，可以將所有端口實(shí)現(xiàn)匹配。如圖所示，其端口均接Z0的特性阻抗，從接頭看，其端口阻抗Z為：等分三端口電阻(dinz)性功率分配器均是匹配的。是對(duì)稱的因此各個(gè)端口絡(luò)，即是匹配的，由于網(wǎng)：輸入端口的輸入阻抗為000in000323343ZZZZZZZZ第40頁(yè)/共52頁(yè)第四十頁(yè)，共53頁(yè)。 021212102121210S21sss,212ssssssssss232434334VVV3

28、233V)( ,1233121110122132133323123222113121132111003210011011132，因此其散射矩陣為：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的互易特性有對(duì)應(yīng)的則輸出端口的電壓為：則接頭處的電壓為根據(jù)分壓定理的電壓為假設(shè)端口VVabaaabbbVVVZZVZZVVZIVVaa第41頁(yè)/共52頁(yè)第四十一頁(yè)，共53頁(yè)。路中。即功率有一半損耗在電對(duì)應(yīng)的插入損耗為：的功率為：、輸出端口功率為：傳遞給輸入端口的頻率dBPPPZVZVPZVPininin641log*10log*104181)5 . 0(21)32(21out021021out021第42頁(yè)/共52頁(yè)第四十二頁(yè)，共53頁(yè)。Wi

29、lkinson微帶功分器 T型接頭的確定是三個(gè)端口不能同時(shí)做到匹配，輸出端口之間沒(méi)有任何隔離，電阻性功率分配可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)端口完全匹配，但是輸出端口之間仍然達(dá)不到(b do)隔離要求，由三端口的網(wǎng)絡(luò)特性可以知道，有耗元件能實(shí)現(xiàn)端口完全匹配且輸出端口之間具有隔離。 功率分配器中大功率微波功分器采用波導(dǎo)或同軸線結(jié)構(gòu)，中小功率則采用帶狀線或微帶線結(jié)構(gòu)即(Wilkinson功率分配器)。右圖是微帶三端口功分器原理圖。信號(hào)(xnho)由1端口(所接傳輸線的特性阻抗為Z0)輸入，分別經(jīng)過(guò)特性阻抗為Z02、Z03的兩段微帶線從2和3端口輸出，負(fù)載電阻分別為R2及R3。兩段傳輸線在中心頻率時(shí)電長(zhǎng)度均為 = /2

30、，它們之間沒(méi)有耦合。微帶三端口功分器原理圖第43頁(yè)/共52頁(yè)第四十三頁(yè)，共53頁(yè)。功分器應(yīng)滿足下列條件：2端口與3端口的輸出功率比可為任意指定值； 1端口無(wú)反射(fnsh)； 2端口與3端口的輸出電壓等幅、同相。 由于2端口、3端口的輸出功率與輸出電壓的關(guān)系(gun x)分別為：PUR22222PUR33232如由條件(tiojin)(1)要求輸出功率比為：PPk2321323222222RUkRU第44頁(yè)/共52頁(yè)第四十四頁(yè)，共53頁(yè)。按條件(tiojin)(3)，由上式可得 32232RkRUU若取 ，則有 RkZ20RZk30由條件(2)，即1端口無(wú)反射，所以要求由Zin2與Zin3并聯(lián)

31、而成的總輸入阻抗等于Z0。如圖由于在中心頻率處電刻度(kd) = /2，Zin2= Z022/R2 ，Zin3= Z032/R3為純電阻，則端口1的輸入導(dǎo)納為：2030202020332022001kZZZkZZRZRZY如以輸入電阻表示(biosh)功率比,則：)1 ()1 (11/1/200222020202023020200202402020203020200203022020320203203202223322232kkZZkkZZZZkZZkZZZkkZZkZZkZZkZYkZZkkZZZkZRZZRZZZVZVPPinininin可解得： ZZkk030231第45頁(yè)/共52頁(yè)第四

32、十五頁(yè)，共53頁(yè)。6.4四端口元件(yunjin) 四端口元件中在微波電路(dinl)中應(yīng)用得最多的為定向耦合器元件 1.無(wú)耗互易四端口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的基本性質(zhì) 無(wú)耗互易四端口網(wǎng)絡(luò)的散射矩陣可以表示為： 44342414343323132423221214131211SSSSSSSSSSSSSSSSS約定端口1為輸入端口，其他的端口分別為輸出端口，耦合端口或隔離端口。第46頁(yè)/共52頁(yè)第四十六頁(yè)，共53頁(yè)。1).無(wú)耗互易(h y)四端口網(wǎng)絡(luò)可以完全匹配，且為一理想定向耦合器第47頁(yè)/共52頁(yè)第四十七頁(yè)，共53頁(yè)。一、定向(dn xin)耦合器的技術(shù)指標(biāo) 定向耦合器一般屬于四端口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)，它有輸入端、直通端、耦合端和隔離端，分別對(duì)應(yīng)右圖所示的1、2、3和4端口。定向(dn xin)耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)有耦合度、隔離