第八章微波元件

1、2022-3-41第八章 微波元件 任何一個(gè)微波系統(tǒng)都是由傳輸線及任何一個(gè)微波系統(tǒng)都是由傳輸線及許多作用不同的微波元件和微波信號(hào)源許多作用不同的微波元件和微波信號(hào)源組成。對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種組成。對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種加工和處理的元加工和處理的元件件如對(duì)信號(hào)進(jìn)行如對(duì)信號(hào)進(jìn)行分配、衰減分配、衰減、隔離、隔離、定向傳輸、相位控制、阻抗匹配定向傳輸、相位控制、阻抗匹配與與變換變換、波型變換波型變換、濾波等，提供這些功用的設(shè)、濾波等，提供這些功用的設(shè)備統(tǒng)稱為備統(tǒng)稱為微波元件微波元件。2022-3-428.1 波導(dǎo)中的電抗元件（波導(dǎo)型）波導(dǎo)中的電抗元件（波導(dǎo)型） 1. 1. 電容膜片電容膜片矩形波導(dǎo)窄邊變窄矩形波導(dǎo)窄

2、邊變窄1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu): 如圖所示。如圖所示。 圖圖8.1 8.1 矩形波導(dǎo)中的電容膜片及等效電路矩形波導(dǎo)中的電容膜片及等效電路立體圖立體圖橫截面圖橫截面圖等效電路圖等效電路圖2022-3-43 膜片的作用膜片的作用: 波導(dǎo)上、下寬壁面的壁面電流波導(dǎo)上、下寬壁面的壁面電流分布形狀相同分布形狀相同,方向相反方向相反.假定如圖假定如圖所示所示.則上膜片的電流流進(jìn)膜片則上膜片的電流流進(jìn)膜片,下下膜片的電流從膜片流出膜片的電流從膜片流出,而上下膜而上下膜片之間因有介質(zhì)片之間因有介質(zhì),電流通路被截?cái)嚯娏魍繁唤財(cái)?此時(shí)相當(dāng)于對(duì)該膜片此時(shí)相當(dāng)于對(duì)該膜片充電充電,上膜片上膜片帶正電帶正電,下膜片帶負(fù)電下膜片帶

3、負(fù)電. 矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁場分布是變化的矩形波導(dǎo)內(nèi)的電磁場分布是變化的,即電磁場是沿縱即電磁場是沿縱向傳播的向傳播的,在其后某一個(gè)時(shí)刻在其后某一個(gè)時(shí)刻,上、下膜片上流過的電流上、下膜片上流過的電流方向?qū)⑴c剛才分析的方向相反，則上膜片帶負(fù)電，下方向?qū)⑴c剛才分析的方向相反，則上膜片帶負(fù)電，下膜片帶正電，相當(dāng)于膜片膜片帶正電，相當(dāng)于膜片放電放電。 如此周而復(fù)始，兩膜片間的電場則周期性地變化，如此周而復(fù)始，兩膜片間的電場則周期性地變化，其間有電場能的其間有電場能的儲(chǔ)存與釋放儲(chǔ)存與釋放。+ + + + +- - - - -+-2022-3-44 金屬膜片的等效電路：金屬膜片的等效電路： 容性膜片等效為一跨

4、接于雙線上的電容。容性膜片等效為一跨接于雙線上的電容。 對(duì)稱性膜片的歸一化電納為對(duì)稱性膜片的歸一化電納為（8.1.1）2、電感膜片：、電感膜片：寬邊變窄寬邊變窄結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：bbbBp2cscln4橫向圖橫向圖3圖圖8.2 8.2 矩形波導(dǎo)中的電感膜片及等效電路矩形波導(dǎo)中的電感膜片及等效電路立體圖立體圖等效電路等效電路2022-3-45 膜片的作用：膜片的作用：磁場結(jié)構(gòu)，如圖所示：相對(duì)而言，有金屬膜片磁場結(jié)構(gòu)，如圖所示：相對(duì)而言，有金屬膜片的橫截面上，其磁力線的密度將的橫截面上，其磁力線的密度將增大增大，因磁力，因磁力線是閉合曲線。線是閉合曲線。其作用相當(dāng)于在膜片之間其作用相當(dāng)于在膜片之間集中了

5、磁場集中了磁場。 等效電路：等效電路：（8.1.2）電感電感aaaBP2cot22022-3-463、諧振窗：、諧振窗： 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 等效電路：等效電路：綜合電容性、電感性膜片，將綜合電容性、電感性膜片，將諧振窗看成是諧振窗看成是電容性、電感性膜片的組合電容性、電感性膜片的組合，則其等效電路，則其等效電路可近似為可近似為LC并聯(lián)回路。并聯(lián)回路。 特性：特性： 具有諧振特性具有諧振特性 當(dāng)信號(hào)頻率等于諧振頻率時(shí)，當(dāng)信號(hào)頻率等于諧振頻率時(shí)，信號(hào)可無反射地通過信號(hào)可無反射地通過匹配狀態(tài)匹配狀態(tài)。LCf212022-3-47圖圖8.3 8.3 諧振窗及等效電路諧振窗及等效電路當(dāng)諧振窗處于失諧狀態(tài)時(shí)：

6、若工作頻率小于諧當(dāng)諧振窗處于失諧狀態(tài)時(shí)：若工作頻率小于諧振頻率，并聯(lián)回路呈感性；若工作頻率大于諧振頻率，并聯(lián)回路呈感性；若工作頻率大于諧振頻率，并聯(lián)回路呈容性。無論是哪種情況，振頻率，并聯(lián)回路呈容性。無論是哪種情況，都會(huì)多波導(dǎo)中傳輸?shù)牟óa(chǎn)生較大的都會(huì)多波導(dǎo)中傳輸?shù)牟óa(chǎn)生較大的反射反射。2022-3-48 諧振窗實(shí)用舉例：諧振窗實(shí)用舉例：雷達(dá)天線雷達(dá)天線收發(fā)收發(fā)開關(guān)開關(guān) 1、2分別為兩個(gè)諧振窗。分別為兩個(gè)諧振窗。其間進(jìn)行充氣處理其間進(jìn)行充氣處理所充氣所充氣體容易電離體容易電離。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的功。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的功率到達(dá)諧振窗率到達(dá)諧振窗1時(shí)，氣體電離使時(shí)，氣體電離使諧振窗成為一短路面，波將被諧振窗成為

7、一短路面，波將被反射而不進(jìn)入接收機(jī)，但當(dāng)工反射而不進(jìn)入接收機(jī)，但當(dāng)工作于接收狀態(tài)時(shí)，因功率小，作于接收狀態(tài)時(shí)，因功率小，不足以使氣體電離，接收的信不足以使氣體電離，接收的信號(hào)將無反射地穿過諧振窗口而號(hào)將無反射地穿過諧振窗口而傳送到接收機(jī)。傳送到接收機(jī)。工作原理：工作原理：12充氣充氣接收機(jī)接收機(jī)入P出P功率較大功率較大時(shí)時(shí)2022-3-49電流越小電流越小圖圖8.4 8.4 銷釘銷釘4、銷釘、銷釘1）結(jié)構(gòu)如下：矩形波導(dǎo)中一根或多根垂直對(duì)穿波導(dǎo)寬壁的金）結(jié)構(gòu)如下：矩形波導(dǎo)中一根或多根垂直對(duì)穿波導(dǎo)寬壁的金屬圓棒，稱為電感銷釘。屬圓棒，稱為電感銷釘。2）銷釘上有電流通過，故在銷釘周圍產(chǎn)生磁場，使銷釘

8、呈感）銷釘上有電流通過，故在銷釘周圍產(chǎn)生磁場，使銷釘呈感性電抗。銷釘?shù)闹睆叫噪娍?。銷釘?shù)闹睆皆酱笤酱螅锌?，感抗越小越??；直徑越；直徑越小小，感抗越，感抗越大大?所以，（所以，（b）圖的感抗比（）圖的感抗比（a）圖的感抗小。）圖的感抗小。2022-3-4105 調(diào)諧螺釘調(diào)諧螺釘:等效電納與插等效電納與插入深度有關(guān)。入深度有關(guān)。實(shí)際上，螺釘插入深度都較淺實(shí)際上，螺釘插入深度都較淺考慮損耗及擊考慮損耗及擊穿，故調(diào)諧螺釘引入的都是穿，故調(diào)諧螺釘引入的都是容性電納容性電納。容性電納。容性電納的大小與螺釘直徑、插入深度、插入位置都有關(guān)。的大小與螺釘直徑、插入深度、插入位置都有關(guān)。 單螺釘單螺釘4 l4

9、 l4 l2022-3-411 在波導(dǎo)寬面上旋入二個(gè)或三個(gè)螺釘，在波導(dǎo)寬面上旋入二個(gè)或三個(gè)螺釘， 匹配原理相當(dāng)于傳輸理論中的匹配原理相當(dāng)于傳輸理論中的雙跨線雙跨線或或三跨線匹配器。三跨線匹配器。就構(gòu)成就構(gòu)成雙螺雙螺或三螺匹配器?；蛉萜ヅ淦鳌1d2d2022-3-4128.2 連接元件連接元件連接元件包含連接元件包含接頭接頭和和轉(zhuǎn)接元件轉(zhuǎn)接元件。將相同傳輸線連接在。將相同傳輸線連接在一起的微波元件統(tǒng)稱為接頭。常用的接頭有波導(dǎo)接頭一起的微波元件統(tǒng)稱為接頭。常用的接頭有波導(dǎo)接頭和同軸接頭。將不同傳輸線連接在一起的微波元件稱和同軸接頭。將不同傳輸線連接在一起的微波元件稱為轉(zhuǎn)接元件。為轉(zhuǎn)接元件。8.

10、2 .1 波導(dǎo)接頭（法蘭）波導(dǎo)接頭（法蘭）有有平接頭平接頭與與抗流接頭抗流接頭兩種兩種波導(dǎo)平接頭波導(dǎo)平接頭優(yōu)點(diǎn)：體積小、優(yōu)點(diǎn)：體積小、頻帶寬頻帶寬。缺點(diǎn)：機(jī)械加工要求高。缺點(diǎn)：機(jī)械加工要求高。2022-3-413波導(dǎo)抗流接頭波導(dǎo)抗流接頭優(yōu)點(diǎn)：電氣性能上接觸良好。優(yōu)點(diǎn)：電氣性能上接觸良好。缺點(diǎn)：頻帶窄、制作困難。缺點(diǎn)：頻帶窄、制作困難。4040接觸電阻接觸電阻短路短路短路短路開路開路平法蘭盤平法蘭盤抗流法蘭盤抗流法蘭盤2022-3-414 抗流式接頭的工作原理：抗流式接頭的工作原理：a、b之間相當(dāng)于之間相當(dāng)于 長的短路線，長的短路線， a、b之間的之間的輸入輸入 電阻等于零。電阻等于零。即即a、

11、b之間在機(jī)械上并不接觸，但之間在機(jī)械上并不接觸，但在電氣性上卻保證了良好的接觸。在電氣性上卻保證了良好的接觸。abcd20ljZZintan0公式法：公式法：也可用圓圖法求輸入阻抗。如圖所示。也可用圓圖法求輸入阻抗。如圖所示。inZ2022-3-415l2ll 2022-3-4168.2.2 轉(zhuǎn)接元件轉(zhuǎn)接元件1、傳輸線尺寸變換器、傳輸線尺寸變換器圖圖8.7 8.7 同軸線尺寸變換器同軸線尺寸變換器特性阻抗相同，但尺寸不同的二個(gè)同軸線之間的連接即特性阻抗相同，但尺寸不同的二個(gè)同軸線之間的連接即屬于傳輸線變換器。屬于傳輸線變換器。突變型突變型漸變型漸變型等等效效電電路路2022-3-4172、階梯

12、阻抗變換器、階梯阻抗變換器圖圖8.8 8.8 同軸線阻抗變換器同軸線阻抗變換器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)等效電路等效電路單節(jié)突變單節(jié)突變多節(jié)突變多節(jié)突變多節(jié)漸變多節(jié)漸變頻帶窄頻帶窄頻帶寬頻帶寬可以做到在一定帶寬內(nèi)，使反射系數(shù)可以做到在一定帶寬內(nèi)，使反射系數(shù)比較小，基本達(dá)到匹配的目的。比較小，基本達(dá)到匹配的目的。2022-3-4183、同軸、同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器信號(hào)從同軸線向矩信號(hào)從同軸線向矩形波導(dǎo)傳輸形波導(dǎo)傳輸信號(hào)從矩形波導(dǎo)向信號(hào)從矩形波導(dǎo)向同軸線傳輸同軸線傳輸模10TE為了使同軸線與矩形波導(dǎo)相匹配，需要為了使同軸線與矩形波導(dǎo)相匹配，需要調(diào)節(jié)同軸線內(nèi)導(dǎo)體的插入深度調(diào)節(jié)同軸線內(nèi)導(dǎo)體的插入深度 、偏心、偏心距距

13、 與短路活塞位置與短路活塞位置 。hdl同軸線外導(dǎo)體與同軸線外導(dǎo)體與波導(dǎo)寬壁連在一波導(dǎo)寬壁連在一起，內(nèi)導(dǎo)體插入起，內(nèi)導(dǎo)體插入矩形波導(dǎo)中。矩形波導(dǎo)中。探針探針2022-3-4194、同軸、同軸微帶轉(zhuǎn)換器微帶轉(zhuǎn)換器將同軸的內(nèi)導(dǎo)體向外延伸一小段，與微帶線的中心導(dǎo)帶搭將同軸的內(nèi)導(dǎo)體向外延伸一小段，與微帶線的中心導(dǎo)帶搭接；將同軸線的外導(dǎo)體與微帶線的接地板相連，就構(gòu)成了接；將同軸線的外導(dǎo)體與微帶線的接地板相連，就構(gòu)成了同軸同軸微帶轉(zhuǎn)換器。微帶轉(zhuǎn)換器。2022-3-4208.3 分支元件分支元件 將一路微波信號(hào)分成將一路微波信號(hào)分成兩路或多路的元件兩路或多路的元件稱稱為為分支元件分支元件。E-T接頭（接頭（

14、E面分支）面分支） 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 分支在主波導(dǎo)的寬邊分支在主波導(dǎo)的寬邊 上，且與上，且與TE10波的波的 分量分量平行，故稱平行，故稱E面分支，也稱面分支，也稱yEET接頭接頭(分支分支)，如圖所示。，如圖所示。191、矩形波導(dǎo)的、矩形波導(dǎo)的T形接頭形接頭2022-3-421 定性分析其工作特性：（定性分析其工作特性：（用電力線描述用電力線描述）令主波導(dǎo)的兩臂令主波導(dǎo)的兩臂1、2，以分支臂，以分支臂4為幾何對(duì)稱面。為幾何對(duì)稱面。當(dāng)當(dāng)TE10波從波從4口輸入時(shí)，口輸入時(shí)，1與與2口將有等幅反相的輸出?？趯⒂械确聪嗟妮敵觥．?dāng)當(dāng)TE10波從波從1、2口等幅反相輸入時(shí)，口等幅反相輸入時(shí)，4口有輸出。

15、口有輸出。當(dāng)當(dāng)TE10波從波從1、2口等幅同相輸入時(shí)，口等幅同相輸入時(shí)，4口無輸出。口無輸出。243142732022-3-422 等效電路：等效電路： 主波導(dǎo)用雙線等效，則根據(jù)主波導(dǎo)用雙線等效，則根據(jù)C），分支波），分支波導(dǎo)對(duì)稱面處一定為電流的波節(jié)，故分支波導(dǎo)導(dǎo)對(duì)稱面處一定為電流的波節(jié)，故分支波導(dǎo)用串聯(lián)電抗等效。用串聯(lián)電抗等效。jX11224+-若分支波導(dǎo)終接短路活塞，則串聯(lián)電抗為可變電抗。若分支波導(dǎo)終接短路活塞，則串聯(lián)電抗為可變電抗。2022-3-423H-T接頭（面分支）接頭（面分支） 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 分支在主波導(dǎo)的窄壁上，且與分支在主波導(dǎo)的窄壁上，且與TE10波的波的磁力線磁力線所所在平

16、面平行，故稱在平面平行，故稱H面分支。也稱面分支。也稱H T接頭接頭(分支分支).162022-3-424 定性分析其工作特性定性分析其工作特性：（用電力線描述）：（用電力線描述）當(dāng)當(dāng)TE10波從波從3口輸口輸入時(shí)，入時(shí)，1口與口與2口將口將有等幅同相的輸出。有等幅同相的輸出。當(dāng)當(dāng)TE10波從波從1、2口等幅同相輸入口等幅同相輸入時(shí)，則時(shí)，則3口有輸出?？谟休敵?。當(dāng)當(dāng)TE10波從波從1、2口口等幅反相輸入時(shí)，等幅反相輸入時(shí)，則則3口無輸出。口無輸出。24xyz2022-3-425jX +_ 等效電路：等效電路： 主波導(dǎo)等效為主波導(dǎo)等效為雙線雙線，分支波導(dǎo)，分支波導(dǎo)等效為等效為并聯(lián)雙線并聯(lián)雙線。

17、-+根據(jù)（根據(jù)（c),則分則分支可等效為并支可等效為并聯(lián)電抗。聯(lián)電抗。若分支波導(dǎo)終接短若分支波導(dǎo)終接短路活塞，則串聯(lián)電路活塞，則串聯(lián)電抗為可變電抗。抗為可變電抗。2022-3-426雙雙T分支及魔分支及魔T 雙雙T結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):E T加加H T。如圖所示如圖所示: 除輸入端口有信號(hào)輸入外，其余除輸入端口有信號(hào)輸入外，其余端口均接匹配負(fù)載，端口均接匹配負(fù)載，24272022-3-427散射參量的定義式：散射參量的定義式：雙雙T有如下特性：有如下特性：4243232221212iiiiUSUSUSUSU41432321211111iiiiUSUSUSUSU4343332321313iiiiUSUSUS

18、USU4443432421414iiiiUSUSUSUSU2022-3-428 E T特性特性:當(dāng)當(dāng)TE10波信號(hào)由波信號(hào)由4口輸入時(shí)口輸入時(shí),1、2口有等幅反相的輸出?？谟械确聪嗟妮敵觥＜醇?S14=S24 H T特性：特性：當(dāng)當(dāng)TE10波信號(hào)由波信號(hào)由3口輸入時(shí)口輸入時(shí),1、2口有等幅同相的輸出?？谟械确嗟妮敵觥＜醇?S13=S23當(dāng)當(dāng)TE10波信號(hào)由波信號(hào)由1、2口等幅同相輸入時(shí)口等幅同相輸入時(shí), 4口無輸出?？跓o輸出。 當(dāng)當(dāng)TE10波信號(hào)由波信號(hào)由1、2口等幅同相輸入時(shí)口等幅同相輸入時(shí),3口有（和）輸出?？谟校ê停┹敵觥?雙雙T特性：特性：則則 S34=0（3、4口互相隔離）口互

19、相隔離）（7-3-1）（8-3-2）E-THT172022262022-3-429 當(dāng)當(dāng)TE10波信號(hào)由波信號(hào)由1、2口等幅反相輸入時(shí)口等幅反相輸入時(shí), 4口有（和）輸出。口有（和）輸出。E-T則則 S43=0（3、4口互相隔離）口互相隔離） （8-3-3） 雙雙T結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：對(duì)稱：對(duì)稱：S11=S22互易互易S12=S21S13=S31S23=S32（8-3-4）（8-3-5）當(dāng)當(dāng)TE10波信號(hào)由波信號(hào)由1、2口等幅反相輸入時(shí)口等幅反相輸入時(shí), 3口無輸出?？跓o輸出。 H-TS14=S41S34=S43 雙雙T內(nèi)部無內(nèi)部無非非互易性介質(zhì)互易性介質(zhì)關(guān)于互相隔離的分析，如關(guān)于互相隔離的分析，如此

20、說并不好理解。此說并不好理解。2022-3-430關(guān)于關(guān)于3、4口互相隔離的分析：口互相隔離的分析：4口：相對(duì)于對(duì)稱面而言，電口：相對(duì)于對(duì)稱面而言，電場為奇對(duì)稱；場為奇對(duì)稱；3口：相對(duì)于對(duì)稱面而言，電口：相對(duì)于對(duì)稱面而言，電場為偶對(duì)稱；場為偶對(duì)稱； 由電磁場的激勵(lì)理論：奇對(duì)稱的場不可能由電磁場的激勵(lì)理論：奇對(duì)稱的場不可能激發(fā)起偶對(duì)稱的場。因而，激發(fā)起偶對(duì)稱的場。因而，3、4口互相隔離?？诨ハ喔綦x。換句話說換句話說：3口的信號(hào)不可能激發(fā)起口的信號(hào)不可能激發(fā)起4口的信號(hào)；口的信號(hào)； 4口的信號(hào)也不可能激發(fā)起口的信號(hào)也不可能激發(fā)起3口的信號(hào)?？诘男盘?hào)。2022-3-431雙雙T的的S矩陣：矩陣：即（

21、8-3-6）S =S11 S12 S13 S14S21 S22 S23 S24S31 S32 S33 S34S41 S42 S43 S44S =S11 S12 S13 S14S12 S11 S13 S14S13 S13 S33 0S14 S14 0 S4424 S14=S24 S13=S23 S34=02022-3-432 魔魔T（匹配雙匹配雙T） 匹配特性：匹配特性： 在雙在雙T的接頭處放入膜片、銷釘之類的元件，通的接頭處放入膜片、銷釘之類的元件，通過調(diào)節(jié)，使過調(diào)節(jié)，使3、4口匹配，即得匹配雙口匹配，即得匹配雙T魔魔T。 即調(diào)即調(diào)3、4口同時(shí)匹配，則口同時(shí)匹配，則1、2口自動(dòng)匹配口自動(dòng)匹配。

22、其其 S參數(shù)表現(xiàn)為參數(shù)表現(xiàn)為 S11=S22=S33=S44=0 證明：設(shè)雙證明：設(shè)雙T是無耗的，則由是無耗的，則由S參量的么正性參量的么正性， 即即 3、4口匹配口匹配 S33=S44 = 0 展開展開S參量的么正性并整理化簡得：參量的么正性并整理化簡得：特性特性221 SS2022-3-433 S11=S22=0同時(shí)，還可得到同時(shí)，還可得到S12=0匹配特性證畢。匹配特性證畢。 隔離特性：隔離特性：即即3、4口互相隔離時(shí)（本身特有），有口互相隔離時(shí)（本身特有），有1、2口自動(dòng)隔離?？谧詣?dòng)隔離。 S12= S21 = 0隔離特性隔離特性平分特性平分特性互易互易S13=S14=212022-3

23、-434 平分特性：平分特性：S14=S24S13= S23 S41= S31S42=S324口入，反相等分給口入，反相等分給1、2口?？?。3口入，同相等分給口入，同相等分給1、2口?？?。1口入，同相等分給口入，同相等分給3、4口?？凇?口入，反相等分給口入，反相等分給3、4口?？?。故故（8-3-7）001100111100110021S2022-3-435魔魔T的應(yīng)用：的應(yīng)用： 電橋：電橋： 如如12Z1Z2匹配功率指示器匹配功率指示器當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)Z1= Z2時(shí)，電橋平衡時(shí)，電橋平衡)(22134ab0421b 則匹配源匹配源2022-3-436標(biāo)準(zhǔn)移相器：標(biāo)準(zhǔn)移相器：匹配源匹配源匹配負(fù)

24、載匹配負(fù)載短路活塞短路活塞短路活塞短路活塞若保持若保持 則由則由3口輸入至口輸入至1、2兩口兩口的信號(hào)經(jīng)短路活塞的信號(hào)經(jīng)短路活塞全反射到對(duì)稱面恰好反相疊加全反射到對(duì)稱面恰好反相疊加，此時(shí)信號(hào)全部從此時(shí)信號(hào)全部從4口輸出?？谳敵觥?可以證明可以證明：4口輸出的信號(hào)與口輸出的信號(hào)與3口輸入的信號(hào)口輸入的信號(hào)之間產(chǎn)生了一定的相移。之間產(chǎn)生了一定的相移。1l2l1234EH412gll171234ljeab2022-3-437平衡混頻器：平衡混頻器： 、 口分別接本振信號(hào)與接收信號(hào)，在或口分別接本振信號(hào)與接收信號(hào)，在或口之后的微波管中合成。口之后的微波管中合成。完全隔離完全隔離2022-3-438 調(diào)

25、配器：調(diào)配器：LZ短路活塞短路活塞短路活塞短路活塞EH由由1 口輸入的功率將平分到口輸入的功率將平分到4（E）口與）口與3口（口（H），），3與與4口口均接短路活塞，信號(hào)全反射，均接短路活塞，信號(hào)全反射，調(diào)整短路活塞的位置調(diào)整短路活塞的位置，可使可使3與與4口的反射信號(hào)在口的反射信號(hào)在1口口等幅反等幅反相相消相相消，在在2口等幅同相相加口等幅同相相加。即即信號(hào)功率全被負(fù)載吸收信號(hào)功率全被負(fù)載吸收。1口的反射口的反射系數(shù)為零系數(shù)為零2022-3-4398.3.2 同軸線的分支元件同軸線的分支元件圖圖8.12 8.12 同軸線功率分配器同軸線功率分配器等功率分配器等功率分配器不等功率分配器不等功率

26、分配器2022-3-4408.3.3 微帶功率分配器微帶功率分配器2022-3-441 由由 P3 = k2 P2 設(shè)設(shè)2、3口功率分配的比例系數(shù)為口功率分配的比例系數(shù)為k2正常工作時(shí)，隔離電阻正常工作時(shí)，隔離電阻R上應(yīng)無電流流過，即上應(yīng)無電流流過，即 U2= U3故故(8-3-8)(8-3-9)(8-3-10)若若則則2222323RUkRU322RkR 02kZR kZR032022-3-442 2、3分支的特性阻抗：分支的特性阻抗： 2、3分支在分支在1口處的輸入阻抗口處的輸入阻抗 g/4 ： 為使分支處滿足為使分支處滿足匹配匹配的要求的要求消除分支處的反射消除分支處的反射3203322

27、022RZZRZZinin20332022001ZRZRZY(8-3-11)(8-3-12)l根據(jù)根據(jù) 長阻抗長阻抗變換器的公式變換器的公式g/4利用導(dǎo)納計(jì)算利用導(dǎo)納計(jì)算2022-3-443 若電路無耗若電路無耗 2、3分支的特性阻抗分支的特性阻抗 P3 = k2 P2則則U1為為1口處電壓口處電壓聯(lián)立聯(lián)立(8-5-1) (8-5-6) 式得式得2212321ininZUkZU(8-3-13)3200320021)1(kkZZkkZZ(8-3-14)2022-3-444討論：討論： 1、 當(dāng)信號(hào)從當(dāng)信號(hào)從1口輸入時(shí)，口輸入時(shí)，2、3口接負(fù)載電阻，口接負(fù)載電阻，若若2、3兩口等電位時(shí)，兩口等電位

28、時(shí)，R上無電流流過，上無電流流過，R不起不起作用；但當(dāng)作用；但當(dāng)2、3口所接負(fù)載不滿足要求時(shí)，負(fù)口所接負(fù)載不滿足要求時(shí)，負(fù)載會(huì)有反射，為使載會(huì)有反射，為使2、3口彼此隔離，口彼此隔離，R必有確必有確定的值定的值。(8-3-15)2、兩分支微帶線的距離不宜過大，一般為（、兩分支微帶線的距離不宜過大，一般為（23）w。021ZkkR推導(dǎo)從略推導(dǎo)從略這樣可使跨接在兩帶線之間電這樣可使跨接在兩帶線之間電阻的寄生效應(yīng)盡量減小阻的寄生效應(yīng)盡量減小2022-3-4458.4.1 匹配負(fù)載匹配負(fù)載圖圖8.14 8.14 匹配負(fù)載匹配負(fù)載矩形波導(dǎo)型矩形波導(dǎo)型同軸型同軸型微帶型微帶型俯視俯視圖圖縱縱截截面面圖圖2

29、022-3-446吸收片吸收片由于吸收片與電場力線平行，當(dāng)由于吸收片與電場力線平行，當(dāng)電場通過時(shí)，在電阻膜片上會(huì)產(chǎn)電場通過時(shí)，在電阻膜片上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，將吸收的微波能轉(zhuǎn)生感應(yīng)電流，將吸收的微波能轉(zhuǎn)變?yōu)樽優(yōu)闊崮軣崮堋Ｎ掌拈L度一般為幾個(gè)波長。吸收片的長度一般為幾個(gè)波長。尖劈形可以尖劈形可以減小反射減小反射漸變型漸變型小功小功率型率型2022-3-4478.4.2 短路器短路器接觸式活塞接觸式活塞矩形波導(dǎo)抗流式活塞矩形波導(dǎo)抗流式活塞波導(dǎo)波導(dǎo)活塞活塞千分尺傳動(dòng)裝置千分尺傳動(dòng)裝置01TE同軸線型抗流式活塞同軸線型抗流式活塞2022-3-4481 吸收式衰減器吸收式衰減器 (波導(dǎo)波導(dǎo))其吸收片與匹配

30、負(fù)載其吸收片與匹配負(fù)載中吸收片的作用相似中吸收片的作用相似.8.5.1 衰減器衰減器可變衰減器可變衰減器吸收片吸收片可旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)2022-3-4492 截止衰減器截止衰減器截止波導(dǎo)截止波導(dǎo)： 波不能在波導(dǎo)內(nèi)傳輸波不能在波導(dǎo)內(nèi)傳輸波導(dǎo)處于波導(dǎo)處于截止?fàn)顟B(tài)。截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)當(dāng) （8-5-1）（8-5-2）,c 22222)2()2(cckk2)(12ccj,c 2)(12cc0實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)同軸線諧振腔的時(shí)候我們用過同軸線諧振腔的時(shí)候我們用過2022-3-450根據(jù)（根據(jù)（8-5-2），波在波導(dǎo)中傳輸按），波在波導(dǎo)中傳輸按衰減，由于衰減，由于無相位變化，所以截止波導(dǎo)可做為衰減器。無相位變化，所以截止波導(dǎo)可做

31、為衰減器。當(dāng)當(dāng)根據(jù)（根據(jù)（8-5-2）有）有即衰減常數(shù)僅與即衰減常數(shù)僅與 相關(guān)，具有相關(guān)，具有寬頻帶特性寬頻帶特性。c,c c2接匹配負(fù)載接匹配負(fù)載1P2Pl0ZR z截止波導(dǎo)衰減器結(jié)構(gòu)示意圖截止波導(dǎo)衰減器結(jié)構(gòu)示意圖圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)11TERc41.3衰減量近似衰減量近似與與 成正比成正比lzzeelAeAAl68. 8lg10002）（2022-3-4513 旋轉(zhuǎn)式極化衰減器旋轉(zhuǎn)式極化衰減器 方方-圓過渡段圓過渡段圓圓-方過渡段方過渡段EE1）結(jié)構(gòu)：由三段波導(dǎo)構(gòu)成）結(jié)構(gòu)：由三段波導(dǎo)構(gòu)成中間段為可中間段為可旋轉(zhuǎn)段旋轉(zhuǎn)段。10TE11TE10TE4吸收片吸收片可旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)段可旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)段吸收片吸收片

32、吸收片吸收吸收片吸收電場與其平電場與其平行的分量行的分量2022-3-4522、工作原理：、工作原理： 由矩形波導(dǎo)輸入的由矩形波導(dǎo)輸入的TE10波，經(jīng)方波，經(jīng)方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換成圓波導(dǎo)中的換成圓波導(dǎo)中的TE11波。波。 吸收片吸收片1、3與水平面平行，吸收片與水平面平行，吸收片2與水平面有一夾角與水平面有一夾角。 方方圓過渡段：圓過渡段： TE11波的波的E1垂直吸收片垂直吸收片1，故能量不被吸收地進(jìn)入圓波導(dǎo)段。故能量不被吸收地進(jìn)入圓波導(dǎo)段。 圓波導(dǎo)段：吸收片圓波導(dǎo)段：吸收片2與水平面有一夾角與水平面有一夾角，將將E1分解成與吸收片分解成與吸收片2垂直的垂直的E分量和與吸分量和與吸收片收片2

33、平行的分量平行的分量E-分量，即分量，即（8-5-3） E分量不受衰減地通過，而分量不受衰減地通過，而E- 分量將被吸收。分量將被吸收。cos1EE sin1EE 2022-3-453 圓圓方過渡段：方過渡段： 吸收片吸收片3與水平面平行，再將與水平面平行，再將E分解成垂分解成垂直分量直分量E和平行分量和平行分量E- 。 E垂直分量無衰垂直分量無衰減地通過。減地通過。（8-5-4） 故衰減量為：故衰減量為：（8-5-5）即即（8-5-6）21coscosEEEEEEEPPA12121lg20lg10lg10coslg40A2功率正比于電場的平方功率正比于電場的平方2022-3-4548.5.2

34、 移相器移相器均勻傳輸線上相距為均勻傳輸線上相距為l的兩點(diǎn)之間的相位差為的兩點(diǎn)之間的相位差為llp212（8-5-7）改變傳輸線的長度改變傳輸線的長度l或改變相位常數(shù)或改變相位常數(shù) 都可以做成移相器。都可以做成移相器。介質(zhì)片介質(zhì)片平行分量，傳播速度變慢。平行分量，傳播速度變慢。垂直分量垂直分量tE移相片移相片圓波導(dǎo)圓波導(dǎo)nEtE模11TEtEnE452022-3-4558.7 定向耦合器定向耦合器 定向定向耦合器是一種有耦合器是一種有方向性方向性的功率耦的功率耦合元件。合元件。 定向耦合器按傳輸線的不同，可分為定向耦合器按傳輸線的不同，可分為波波導(dǎo)型導(dǎo)型、平行雙線型、微帶型等。、平行雙線型、微

35、帶型等。 波導(dǎo)定向耦合器按波導(dǎo)定向耦合器按耦合方式耦合方式分有分有單孔單孔、雙孔、十字槽孔雙孔、十字槽孔定向耦合器。定向耦合器。2022-3-456 8.16 8.16 定向耦合器定向耦合器2022-3-457如圖：屬平行雙如圖：屬平行雙線定向耦合器，線定向耦合器，是四端口網(wǎng)絡(luò)。是四端口網(wǎng)絡(luò)。：輸入端口；：輸入端口；：直通端口；：直通端口；： 耦合端口；耦合端口；：隔離端口。：隔離端口。 信號(hào)從信號(hào)從 口輸入，、口輸入，、口均接匹配負(fù)載。口均接匹配負(fù)載。8.6.1 定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)2022-3-458一、技術(shù)指標(biāo)：一、技術(shù)指標(biāo)： 耦合度耦合度C： 定義：定義：)(lg1

36、0lg1031dBPPPPC耦入 耦合度耦合度“ C ”與散射參量的關(guān)系：與散射參量的關(guān)系：定向耦合器內(nèi)無非可逆性介質(zhì)，是可逆四端口網(wǎng)絡(luò)。定向耦合器內(nèi)無非可逆性介質(zhì)，是可逆四端口網(wǎng)絡(luò)。31S S13即1131313iiUSUSU 211323321212121ii1USUP UP 又(dB) SPPC 31131lg20lg102022-3-459 定向耦合器按耦合度分類：定向耦合器按耦合度分類：v C = 010 dB 強(qiáng)耦合強(qiáng)耦合v C = 1020 dB 中等耦合中等耦合v C 20 dB 弱耦合弱耦合 定向性定向性 D ：理想情況下，隔離端口理想情況下，隔離端口“ 4 ”應(yīng)無輸出功率；

37、應(yīng)無輸出功率；實(shí)際上，隔離端口實(shí)際上，隔離端口 “ 4 ”總有一定功率輸出?？傆幸欢üβ瘦敵?。2022-3-460 定義：定義： (dB) SSSSPPD413124123143lg20lg10lg10 討論：討論： D 愈大愈大 ， 愈小，愈小， 定向性愈好；定向性愈好； 理想情況下，理想情況下， 實(shí)際上，實(shí)際上，D D min .4P.D P,04對(duì)某一定向耦合器，要求它的方向性對(duì)某一定向耦合器，要求它的方向性至少應(yīng)大于某一最小值至少應(yīng)大于某一最小值)20(dB2022-3-461 輸入駐波比輸入駐波比:11111111min1max11111SSUUUUUUii 工作頻帶寬度：工作頻帶寬

38、度：對(duì)于某一定向耦合器，當(dāng)對(duì)于某一定向耦合器，當(dāng) C 、D 、 都滿足都滿足其給定的批標(biāo)時(shí)，其相應(yīng)的工作頻率有一定其給定的批標(biāo)時(shí)，其相應(yīng)的工作頻率有一定的范圍的范圍 f1f2 ,則工作頻帶寬度為則工作頻帶寬度為21fff2022-3-462波導(dǎo)型定向耦合器：波導(dǎo)型定向耦合器： 分類：按耦合方式分分類：按耦合方式分單孔、雙孔、多孔（圓）、十字孔定向耦合器。單孔、雙孔、多孔（圓）、十字孔定向耦合器。 窄壁雙孔定向耦合器：窄壁雙孔定向耦合器： 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 在兩個(gè)波導(dǎo)的公共窄壁上開有相距為在兩個(gè)波導(dǎo)的公共窄壁上開有相距為 的兩個(gè)形狀、尺寸完全相同的耦的兩個(gè)形狀、尺寸完全相同的耦合合小圓孔小圓孔。40

39、pd1234主主副副123440pd2022-3-463在波導(dǎo)窄壁在波導(dǎo)窄壁 處取處取一小平縱截面，如圖一小平縱截面，如圖2b 工作原理：工作原理： 口輸入信號(hào)，口輸入信號(hào)， 、口均接匹配負(fù)載、口均接匹配負(fù)載 TE10波由波由1口輸入，在第一個(gè)小孔處波的幅度用口輸入，在第一個(gè)小孔處波的幅度用 表示，并設(shè)表示，并設(shè)向向3、4兩口傳輸，其幅度分別用兩口傳輸，其幅度分別用 、 表示，表示，1iU, 11iU經(jīng)第一個(gè)小孔耦合到經(jīng)第一個(gè)小孔耦合到副副波導(dǎo)，波導(dǎo)，f1bB B1由于耦合孔由于耦合孔很小很小，則經(jīng)第一個(gè)小孔后，我們近似認(rèn)為，則經(jīng)第一個(gè)小孔后，我們近似認(rèn)為主波導(dǎo)中的主波導(dǎo)中的TE10波的幅度仍

40、然是波的幅度仍然是 ，經(jīng)第二個(gè)小孔經(jīng)第二個(gè)小孔1iU1T22fbB B11fbB B1iU1iUd2T2022-3-464面1T面2T再次再次1T2T耦合到副波導(dǎo)中，耦合到副波導(dǎo)中，其幅度分別為其幅度分別為 、,22fbB B因因兩個(gè)耦合孔的形狀、兩個(gè)耦合孔的形狀、 尺寸完全相同尺寸完全相同，故，故其幅其幅度與第一個(gè)孔的相等度與第一個(gè)孔的相等。22fbB B11fbB B1 iU1 iUdfdjfdjfdjfBjeBeBeBB2212130212214bbdjbbBBeBBB以上推導(dǎo)是基于以上推導(dǎo)是基于 而得而得到的。是一種到的。是一種理想情況理想情況。2420pd由于耦合端口由于耦合端口3

41、的輸出波與的輸出波與1 口的輸入波方向相同，口的輸入波方向相同，故又稱故又稱正向定向耦合器正向定向耦合器。2022-3-465 TE10波從波從 2 端口輸入：端口輸入：1、3、4均接匹配負(fù)載均接匹配負(fù)載 則則 4 口有耦合信號(hào)口有耦合信號(hào)耦合口耦合口； 3 口無信號(hào)輸出口無信號(hào)輸出隔離口隔離口。 雙孔定向耦合器的缺點(diǎn)：雙孔定向耦合器的缺點(diǎn)：頻帶窄頻帶窄。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，則時(shí)，則 B4有輸出，定向性指標(biāo)有輸出，定向性指標(biāo) D 變小。變小。增寬頻帶的措施：增寬頻帶的措施： 多孔定向耦合器。多孔定向耦合器。0ppd2主主副副12342022-3-4668.6.2 混合環(huán)混合環(huán) 圖圖8.18 8.18

42、混合環(huán)混合環(huán) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 如圖如圖,在一周長為在一周長為1.5的圓環(huán)形的微帶線的圓環(huán)形的微帶線上開四個(gè)端口上開四個(gè)端口. 微帶線環(huán)行器的微帶線環(huán)行器的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì):定向耦合器定向耦合器2022-3-467 工作原理工作原理: 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由1口輸入口輸入,其余端口其余端口均匹配時(shí)均匹配時(shí),2、4口有等幅同相輸口有等幅同相輸出出(相位滯后相位滯后900），），3口無輸出?？跓o輸出。 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由2口輸入時(shí)，口輸入時(shí)，1 (相位滯后相位滯后900）、）、 3 (相位滯后相位滯后2700）口等幅反相輸出口等幅反相輸出，4口無輸出?？跓o輸出。0),(21312141SjSS0,21),(214232

43、12SjSjS2022-3-468 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由3口輸入時(shí)，口輸入時(shí)，2、4口等幅反相輸出，口等幅反相輸出，1口無輸出口無輸出。 當(dāng)信號(hào)由當(dāng)信號(hào)由4口輸入時(shí)，口輸入時(shí)，1、3口等幅同相輸出，口等幅同相輸出，2口口無輸出。無輸出。)(21,21,0432313jSjSS0),(21),(21243414SjSjS0000000021jjjjjjjjS理想情況下，它的理想情況下，它的4個(gè)端口完全匹配。其散射個(gè)端口完全匹配。其散射矩陣為：矩陣為：2022-3-469 環(huán)行器的應(yīng)用環(huán)行器的應(yīng)用混頻器：混頻器： 本振信號(hào)本振信號(hào)從從4口輸入，口輸入，2、3口口得到得到等幅等幅反相反相的的信號(hào)，信號(hào)，接收信號(hào)接收信號(hào)從從1口輸入，口輸入，2、3口得到口得到等幅同等幅同相相的信號(hào)。的信號(hào)。 即本振信號(hào)即本振信號(hào)等幅反相等幅反相加于兩個(gè)混頻管，接收信號(hào)加于兩個(gè)混頻管，接收信號(hào)等幅同相加等幅同相加于兩個(gè)混頻管于兩個(gè)混頻管構(gòu)成構(gòu)成反相平衡混頻器反相平衡混頻器。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：抑制本振的偶次諧波分量抑制本振的偶次諧波分量。本振本振信號(hào)信號(hào)中頻中頻中頻中頻接收接收信號(hào)信號(hào)2022-3-470四、分支定向耦合器：四、分