微波技術(shù)與天線-第4章

1第4章無源微波器件4.1微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.2匹配元件和連接元件4.3分路元件4.4定向耦合器4.5三分貝電橋4.6微波衰減器和濾波器4.7微波鐵氧體器件24.1微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.1.1概述1.微波網(wǎng)絡(luò)的概念與分類概念：為避開微波器件的內(nèi)部場結(jié)構(gòu)，將其視為具有幾個端口的微波網(wǎng)絡(luò)，再用類似于低頻網(wǎng)絡(luò)的方法處理，稱之為微波網(wǎng)絡(luò)方法。分類：分類方法類型按端口數(shù)量分一口網(wǎng)絡(luò)、二口網(wǎng)絡(luò)、多口網(wǎng)絡(luò)按幾何對稱性分對稱網(wǎng)絡(luò)、非對稱網(wǎng)絡(luò)按物理對稱性分互易網(wǎng)絡(luò)、非互易網(wǎng)絡(luò)按功率損耗分無耗網(wǎng)絡(luò)、有耗網(wǎng)絡(luò)按變換類型分線性網(wǎng)絡(luò)、非線性網(wǎng)絡(luò)第4章無源微波器件34.1.1概述2.微波網(wǎng)絡(luò)的特點（1）必須針對確定的模式。（2）必須針對確定的參考面。只有參考面確定，對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參量才能確定。（3）端口的電壓、電流宜用歸一化值。第4章無源微波器件電壓：進波：歸一化進波：出波：歸一化出波：44.1.1概述2.微波網(wǎng)絡(luò)的特點第4章無源微波器件序號非歸一化形式歸一化形式123456表4-1-2分析微波網(wǎng)絡(luò)時的一些基本關(guān)系式54.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量1.轉(zhuǎn)移參量（A參量）（1）歸一化轉(zhuǎn)移參量第4章無源微波器件圖4-1-1二口網(wǎng)絡(luò)及端口的電壓、電流64.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量（2）轉(zhuǎn)移參量的物理意義——表示端口2開路時，端口2至端口1的電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)——表示端口2短路時，端口2至端口1的轉(zhuǎn)移阻抗。——表示端口2開路時，端口2至端口1的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。——表示端口2短路時，端口2至端口1的電流轉(zhuǎn)移系數(shù)。第4章無源微波器件74.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量

例4-1-1：串聯(lián)阻抗單元電路如圖所示，推導(dǎo)該單元電路的A矩陣。端口2開路時端口2短路時第4章無源微波器件解：圖4-1-2串聯(lián)阻抗單元電路84.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量（3）轉(zhuǎn)移參量的性質(zhì)（4）轉(zhuǎn)移參量的傳遞性若網(wǎng)絡(luò)對稱，有a=d。若網(wǎng)絡(luò)互易，由ad-bc=1。若網(wǎng)絡(luò)無耗，有a、d為實數(shù)，b、c為純虛數(shù)。第4章無源微波器件圖4-1-3二口網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)94.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量2.散射參量（S參量）定義：物理意義：——表示端口2接匹配負載時，端口1處的反射系數(shù)。——表示端口1接匹配負載時，端口2處的反射系數(shù)。——表示端口1接匹配負載時，端口2至端口1的電壓傳輸系數(shù)?！硎径丝?接匹配負載時，端口1至端口2的電壓傳輸系數(shù)。第4章無源微波器件104.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量性質(zhì)若網(wǎng)絡(luò)對稱，有若網(wǎng)絡(luò)互易，有若網(wǎng)絡(luò)無耗，有第4章無源微波器件114.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量3.阻抗參量（Z參量）和導(dǎo)納參量（Y參量）第4章無源微波器件124.1.2二口網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參量4.網(wǎng)絡(luò)參量之間的變換（1）Z參量與A參量的關(guān)系（2）Y參量與A參量的關(guān)系（3）S參量與歸一化A參量的關(guān)系第4章無源微波器件134.1.3二口網(wǎng)絡(luò)參量的應(yīng)用1.基本單元電路的A參量第4章無源微波器件名稱等效電路串聯(lián)阻抗并聯(lián)導(dǎo)納理想變壓器傳輸線段144.1.3二口網(wǎng)絡(luò)參量的應(yīng)用2.二口網(wǎng)絡(luò)的工作特性參量（1）電壓傳輸系數(shù)T：網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負載時，輸出端歸一化出波與輸入端歸一化進波之比。（2）插入相移：電壓傳輸系數(shù)的幅角，。（3）插入衰減：網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負載時，輸入端進波功率與輸出端出波功率之比，單位為dB。

（4）插入駐波比：網(wǎng)絡(luò)輸出端接匹配負載時，輸入端的駐波比第4章無源微波器件154.1.4多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡1.三口網(wǎng)絡(luò)的S參量2.四口網(wǎng)絡(luò)的S參量網(wǎng)絡(luò)對稱網(wǎng)絡(luò)互易網(wǎng)絡(luò)無耗網(wǎng)絡(luò)對稱互易第4章無源微波器件164.1.4多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡3.微波網(wǎng)絡(luò)的一些化簡條件第4章無源微波器件端口狀態(tài)用歸一化進波、出波表示用電壓、電流表示內(nèi)部狀態(tài)端口匹配參考面外移外部狀態(tài)接開路負載()接短路負載()接短路活塞接匹配負載()接任意負載174.1.4多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡

例4-1-2E-T接頭的端口3接匹配負載，端口2接短路活塞（長為l的等效短路線），如圖所示。求l＝?時輸出到匹配負載的功率最大。已知E-T接頭的散射矩陣是第4章無源微波器件解：記圖4-1-4四口網(wǎng)絡(luò)微波電路184.1.4多口網(wǎng)絡(luò)及其化簡第4章無源微波器件圖4-1-4四口網(wǎng)絡(luò)微波電路194.2匹配元件和連接元件4.2.1匹配元件1.短路活塞短路活塞的功用是提供一個可變電抗，由一段傳輸線內(nèi)置可調(diào)短路裝置構(gòu)成，分為接觸式和扼流式兩類。第4章無源微波器件圖4-2-1波導(dǎo)型短路活塞a）接觸式b）扼流式204.2.1匹配元件2.膜片

（1）電容膜片：可等效成并聯(lián)導(dǎo)納單元電路

圖4-2-2電容膜片a）對稱型b）非對稱型c）等效電路a）b）c）圖4-2-3含電容膜片的波導(dǎo)的等效電路第4章無源微波器件214.2.1匹配元件（2）電感膜片電感膜片可等效成并聯(lián)導(dǎo)納單元電路第4章無源微波器件圖4-2-4電感膜片a）對稱型b）非對稱型c）等效電路224.2.1匹配元件

（3）諧振膜片可等效為LC并聯(lián)諧振電路第4章無源微波器件圖4-2-5諧振膜片a）結(jié)構(gòu)b）等效電路圖4-2-6分析諧振膜片的坐標(biāo)系令注：只要將膜片的4個頂點置于雙曲線上，即可滿足諧振條件。234.2.1匹配元件3.銷釘銷釘由金屬細圓桿構(gòu)成。銷釘?shù)墓ぷ髟砼c膜片類似。圖4-2-7銷釘a）容性銷釘b）感性銷釘?shù)?章無源微波器件244.2.1匹配元件4.螺釘可等效成并聯(lián)可變電納單元電路。等效電納的性質(zhì)與其粗細及插入深度有關(guān)。第4章無源微波器件圖4-2-8螺釘a）單螺釘b）雙螺釘c）三螺釘d）四螺釘254.2.1匹配元件5.階梯波導(dǎo)第4章無源微波器件圖4-2-9階梯波導(dǎo)a）結(jié)構(gòu)圖b）等效電路264.2.1匹配元件6.漸變波導(dǎo)漸變波導(dǎo)是一種寬頻帶匹配元件，其功用與漸變線類似。第4章無源微波器件圖4-2-10線性漸變波導(dǎo)27

例4-2-1

匹配裝置由同軸型短路活塞、波導(dǎo)型短路活塞和單電感銷釘構(gòu)成，如圖所示。其功用是實現(xiàn)波導(dǎo)與同軸線之間的匹配連接。（1）試畫出它的等效電路，（2）說明其工作原理。第4章無源微波器件

圖4-2-11例4-2-1的匹配裝置圖4-2-12例4-2-1的分析a）等效電路b）化簡（1）等效電路28主同軸線與特性阻抗為的長線段等效，主波導(dǎo)與等效阻抗為的長線段等效，波導(dǎo)型短路活塞被等效成可調(diào)電抗，同軸型短路活塞被等效成可調(diào)電抗，單電感銷釘被等效成電感。第4章無源微波器件圖4-2-12例4-2-1的分析a）等效電路b）化簡29第4章無源微波器件（2）工作原理

例4-2-1

圖4-2-12例4-2-1的分析

a）等效電路b）化簡

將處的兩個并聯(lián)阻抗和化為串聯(lián)阻抗和。

為使波導(dǎo)與同軸線之間實現(xiàn)匹配，需滿足這兩個條件可通過調(diào)節(jié)兩個短路活塞實現(xiàn)。304.2.2連接元件1.抗流接頭抗流接頭可避免接觸電阻損耗。抗流接頭的工作原理與扼流式短路活塞類似。圖4-2-13波導(dǎo)型抗流接頭第4章無源微波器件314.2.2連接元件2.波導(dǎo)彎頭波導(dǎo)彎頭用于改變TE10波的傳輸方向。第4章無源微波器件圖4-2-14波導(dǎo)彎頭a）E面彎頭b）H面彎頭324.2.2連接元件3.扭波導(dǎo)扭波導(dǎo)用于改變改變TE10波的極化方向。第4章無源微波器件圖4-2-15扭波導(dǎo)334.3分路元件分路元件的功用是將一路微波信號按要求分成幾路，或者將幾路微波信號合成為一路。本節(jié)主要介紹T形接頭，包括單T接頭、魔T接頭和折疊雙T接頭。第4章無源微波器件344.3.1單T接頭單T接頭由兩旁臂和一個分支臂構(gòu)成。分為E-T接頭和H-T接頭兩種第4章無源微波器件圖4-3-1單T接頭a）E-T接頭及其等效電路b）H-T接頭及其等效電路354.3.1單T接頭1.禁戒規(guī)則偶模激勵只能激勵起對稱場，不能激勵起反對稱場，或者說反對稱場被禁戒；奇模激勵只能激勵起反對稱場而對稱場被禁戒。奇模激勵；偶模激勵；反對稱場；對稱場。第4章無源微波器件364.3.1單T接頭2.E-T接頭（1）奇模激勵時E臂輸出反對稱場奇模激勵：圖a中分別從旁臂1和旁臂2輸入的一對等幅反相的信號（TE10波）反對稱場：圖a中從E臂輸出的TE10波的場結(jié)構(gòu)相對于對稱面T呈鏡像。電力線被對稱面分成兩段，若兩段對折正好大小相等、方向相反。第4章無源微波器件圖4-3-2E-T接頭中的場結(jié)構(gòu)a）奇模激勵b）偶模激勵374.3.1單T接頭

（2）偶模激勵時E臂無輸出（圖4-3-2（b））（3）反對稱場性質(zhì)的S參量表示

（4）E-T接頭的S矩陣第4章無源微波器件384.3.1單T接頭

（5）E-T接頭的傳輸特性當(dāng)E臂為端口匹配狀態(tài)時，端口1、2不可能處于端口匹配狀態(tài)，且端口反射系數(shù)。當(dāng)信號從E臂輸入時，將從端口1、2等幅反相輸出。當(dāng)信號從旁臂1輸入時，將被自身反射，從旁臂2輸出，從E臂輸出。3.H-T接頭第4章無源微波器件394.3.2魔T1.魔T接頭的組成魔T接頭由雙T接頭內(nèi)置匹配裝置而成。雙T接頭可看成是E-T接頭和H-T接頭的組合。第4章無源微波器件圖4-3-3用匹配塊匹配的魔T接頭404.3.2魔T2.魔T接頭的S矩陣3.魔T接頭的特性（1）匹配性：一旦有兩個端口處于端口匹配狀態(tài)，則另兩個端口必然處于端口匹配狀態(tài)。（2）均分性：無論從哪個端口輸入功率，經(jīng)過魔T接頭后均從相鄰臂等分輸出。（3）隔離性：無論從哪個端口輸入功率，經(jīng)過魔T接頭后相對的端口無輸出。第4章無源微波器件41

例4-3-1

雷達平衡式收發(fā)開關(guān)由2個魔T接頭和2個諧振膜片式放電管構(gòu)成，兩個放電管與接頭處的距離相差，如圖4-3-4所示。試說明它的工作原理。第4章無源微波器件圖4-3-4某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)分析（1）來自發(fā)射機的大功率信號從魔T1的端口4輸入后，只能經(jīng)端口1、2等幅同相輸出，到達放電管時惰性氣體打火，使信號被全反射，從而不能到達接收機。又由于兩放電管與魔T接頭的距離相差，使反射信號到達端口1、2時等幅反相，故只能經(jīng)端口3送至雷達天線。42第4章無源微波器件圖4-3-4某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)（2）來自雷達天線的回波信號從魔T1接頭的端口3輸入后，端口4無輸出（即不能到達發(fā)射機），而只能經(jīng)端口1、2等幅反相輸出。由于放電管對小功率信號不起作用，故回波信號可順利到達魔T2接頭的端口1、2并保持等幅反相關(guān)系，于是只能經(jīng)端口3至接收機。434.3.3折疊雙T折疊雙T接頭可看成是魔T接頭的變形。E折雙T接頭是將魔T接頭的兩旁臂沿E面折彎90°而成；當(dāng)端口1、2偶模輸入時，E臂有輸出，H臂無輸出；當(dāng)端口1、2奇模輸入時，H臂有輸出，E臂無輸出。H折雙T接頭是將魔T接頭的兩旁臂沿H面折彎90°而成；當(dāng)端口1、2偶模輸入時，H臂有輸出，E臂無輸出；當(dāng)端口1、2奇模輸入時，E臂有輸出，H臂無輸出。第4章無源微波器件圖4-3-5E折雙T接頭圖4-3-6H折雙T接頭444.4定向耦合器構(gòu)成：由主線和副線構(gòu)成，通過耦合機構(gòu)將主線上的功率耦合到副線。功用：按一定比例從主饋線中提取能量，并使之在副線中沿一定方向輸出，常用于微波電路的監(jiān)視和測量。第4章無源微波器件圖4-4-1定向耦合器的一般構(gòu)成454.4.1定向耦合器的主要參數(shù)1.耦合度耦合度是耦合到副線的功率多少的量度，單位為dB。2.方向性方向性是耦合信號定向傳輸程度的量度，單位為dB。第4章無源微波器件

圖4-4-1定向耦合器的一般構(gòu)成464.4.2同軸型定向耦合器1.工作過程構(gòu)成：耦合機構(gòu)為小孔，主線的左端至天線，右端至發(fā)射機，副線的左端接匹配負載，右端接指示計。工作過程：當(dāng)發(fā)射功率向天線傳輸時，少量功率被耦合到副線，耦合到上副線的功率沿其正方向傳輸至指示計，供監(jiān)視或測量；少量的反方向功率則被匹配負載吸收。第4章無源微波器件圖4-4-2同軸型定向耦合器474.4.2同軸型定向耦合器2.工作原理通過電場耦合與磁場耦合的共同作用實現(xiàn)定向耦合。是一種反向耦合器。3.夾角的作用調(diào)節(jié)耦合電流的強弱，使最小第4章無源微波器件圖4-4-3同軸型定向耦合器的工作原理（a）電場耦合（b）磁場耦合（c）耦合的合成484.4.3波導(dǎo)型單孔定向耦合器1.組成由主波導(dǎo)和副波導(dǎo)構(gòu)成，公共壁為寬壁，耦合機構(gòu)是開在公共寬壁中央的小孔。第4章無源微波器件圖4-4-4波導(dǎo)型單孔定向耦合器494.4.3波導(dǎo)型單孔定向耦合器2.工作原理通過電場耦合與磁場耦合的共同作用實現(xiàn)定向耦合。是一種反向耦合器。第4章無源微波器件圖4-4-5波導(dǎo)型單孔定向耦合器的工作原理（a）電場耦合（b）磁場耦合（c）耦合的合成504.4.4波導(dǎo)型十字縫定向耦合器構(gòu)成：由相互垂直的主波導(dǎo)和副波導(dǎo)構(gòu)成，公共壁為寬壁，耦合機構(gòu)是十字形縫隙。由于主波導(dǎo)和副波導(dǎo)的功率傳輸方向相互垂直，它是一種垂直耦合器。第4章無源微波器件圖4-4-6波導(dǎo)型十字縫定向耦合器514.4.4波導(dǎo)型十字縫定向耦合器1.TE10波中的圓極化磁場第4章無源微波器件由圓極化的定義（1）在x1、x2處，TE10波的磁場是旋向相反的圓極化磁場。（2）旋向規(guī)律：以TE10波的傳播方向為參考，x1處為左圓極化磁場，

x2處為右圓極化磁場。524.4.4波導(dǎo)型十字縫定向耦合器2.工作原理（1）若主線中TE10波的傳播方向向下，則十字縫位于視線的左邊，故十字縫處為左圓極化磁場（逆時針方向）。（2）耦合到副線后，十字縫處仍然應(yīng)為左圓極化磁場。（3）假設(shè)副線中TE10波的傳播方向向左。這時，由于十字縫位于視線的右邊，按照旋向判斷方法，十字縫處為右圓極化磁場。這與要求的極化旋向矛盾，因此假設(shè)錯誤。（4）再假設(shè)副線中TE10波的傳播方向向右，這時，由于十字縫位于視線的左邊，故十字縫處為左圓極化磁場。這與要求的極化旋向一致，因此副線的正方向應(yīng)該是向右。第4章無源微波器件圖4-4-8副線正方向的判斷534.4.4波導(dǎo)型十字縫定向耦合器3.副線正方向的簡易判斷方法過十字縫作對角線，再使主線輸入信號在到達十字縫之前折彎，若能與對角線相交，則該方向就是副線的正方向。第4章無源微波器件圖4-4-9副線正方向的簡易判斷方法544.5三分貝電橋4.5.1二分支三分貝電橋構(gòu)成：由上下主線和兩條分支線構(gòu)成，主線長，特性導(dǎo)納為，分支線長也是，特性導(dǎo)納為。第4章無源微波器件圖4-5-1同軸型二分支三分貝電橋554.5.1二分支三分貝電橋1.二分支三分貝電橋的奇偶模分解偶模激勵時端口1、4的輸入電流等幅同相，A點、B點為等效開路。奇模激勵時端口1、4的輸入電壓等幅反相，A點、B點為等效短路。第4章無源微波器件圖4-5-2二分支三分貝電橋的等效電路a)偶模等效電路b)奇模等效電路564.5.1二分支三分貝電橋2.奇偶模等效電路的歸一化A矩陣和S矩陣偶模等效電路奇模等效電路第4章無源微波器件574.5.1二分支三分貝電橋3.二分支三分貝電橋的S矩陣偶模激勵時奇模激勵時對一般激勵第4章無源微波器件584.5.1二分支三分貝電橋4.二分支三分貝電橋的工作特性當(dāng)端口1接匹配源，其它端口接匹配負載時：（1）從端口1輸入的功率被端口2、3均分輸出，端口1無反射，端口4被隔離。（2）以端口1輸入信號的相位為基準(zhǔn)，端口2和端口3輸出信號的相位分別滯后和。第4章無源微波器件594.5.2三分支三分貝電橋S矩陣工作特性當(dāng)端口1接匹配源，其它端口接匹配負載時，從端口1輸入的功率被端口2、3均分輸出，端口1無反射，端口4被隔離；以端口1輸入信號的相位為基準(zhǔn)，端口2和端口3輸出信號的相位分別滯后和。第4章無源微波器件圖4-5-3同軸型三分支三分貝電橋604.5.3環(huán)形三分貝電橋構(gòu)成如圖所示，線環(huán)的中心線長，特性導(dǎo)納為；線環(huán)上相鄰端口間的圓弧長；分支線的特性導(dǎo)納為。S矩陣

第4章無源微波器件圖4-5-4同軸型環(huán)形三分貝電橋614.5.4三分貝電橋的應(yīng)用1.三分貝電橋的短路特性端口1的輸入信號全部從端口4輸出，輸出信號的相位滯后。第4章無源微波器件圖4-5-5三分貝電橋的短路特性624.5.4三分貝電橋的應(yīng)用2.三分貝電橋的串聯(lián)特性任一端口的輸入信號全部從對角線上的端口輸出，輸出信號的相位滯后。第4章無源微波器件圖4-5-6三分貝電橋的串聯(lián)特性634.5.4三分貝電橋的應(yīng)用

例4-5-1

某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)如圖4-5-7所示，試分析其工作原理。圖中，平衡式收發(fā)開關(guān)由兩個同軸型三分支三分貝電橋串聯(lián)而成，在串聯(lián)處接有TR放電管。其端口1至發(fā)射機，端口5至接收機，端口4接雷達天線，端口6接匹配負載。TR放電管的作用是工作于高功率狀態(tài)時打火，使左邊的三分貝電橋呈短路特性；工作于小功率狀態(tài)時不打火，使三分貝電橋組合呈串聯(lián)特性。第4章無源微波器件圖4-5-7某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)644.5.4三分貝電橋的應(yīng)用

分析：當(dāng)大功率信號從端口1輸入時，由于TR放電管打火，使左邊的三分貝電橋呈短路特性，發(fā)射功率全部從端口4輸出至雷達天線，端口5（即接收機）、端口6被隔離。當(dāng)來自雷達天線的回波信號從端口4輸入時，由于三分貝電橋組合呈串聯(lián)特性，故回波信號全部送至端口5（即接收機），端口1、端口6被隔離。第4章無源微波器件圖4-5-7某雷達的平衡式收發(fā)開關(guān)654.6微波衰減器和濾波器4.6.1微波衰減器1.吸收式衰減器構(gòu)成：由一段傳輸線內(nèi)置吸波裝置而成優(yōu)缺點：優(yōu)點是頻帶寬，功率容量大，起始衰減量小，穩(wěn)定性好，缺點是精度較差。第4章無源微波器件圖4-6-1吸收式衰減器（a）固定式（b）可變式664.6.1微波衰減器2.旋轉(zhuǎn)式衰減器構(gòu)成：由兩段同向放置的矩形波導(dǎo)和一段圓波導(dǎo)構(gòu)成，內(nèi)置衰減片。工作原理：基于衰減片只衰減電場平行分量的原理。優(yōu)缺點：優(yōu)點是頻帶寬，精度高，起始衰減量??；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較昂貴。第4章無源微波器件圖4-6-2旋轉(zhuǎn)式衰減器及其工作原理674.6.1微波衰減器3.截止式衰減器工作原理：利用波導(dǎo)的截止?fàn)顟B(tài)制作而成。工作波長范圍衰減量優(yōu)缺點：優(yōu)點是頻帶寬，精度高，可用作標(biāo)準(zhǔn)衰減器；缺點是起始衰減量太大。第4章無源微波器件dB684.6.2微波濾波器1.微波低通濾波器構(gòu)成：由粗細跳變的同軸線內(nèi)導(dǎo)體構(gòu)成，由于形狀似葫蘆，俗稱糖葫蘆濾波器。該等效電路是集中參數(shù)低通濾波器的原型電路。第4章無源微波器件

圖4-6-3糖葫蘆濾波器及其等效電路(a)結(jié)構(gòu)(b)等效電路694.6.2微波濾波器2.微波高通濾波器構(gòu)成：由若干段芯線及與之并聯(lián)的短路分支線構(gòu)成，芯線段之間留有間隙并用聚四氟乙烯介質(zhì)填充。該等效電路是集中參數(shù)高通濾波器的原型電路。第4章無源微波器件

圖4-6-4微波高通濾波器(a)結(jié)構(gòu)(b)等效電路704.6.2微波濾波器3.微波帶通濾波器構(gòu)成：由若干間距相等的電感膜片和調(diào)諧螺釘構(gòu)成，螺釘置于相鄰電感膜片之間且位于波導(dǎo)寬壁中央。該等效電路是集中參數(shù)帶通濾波器的原型電路。第4章無源微波器件

圖4-6-5直接耦合式微波帶通濾波器(a)結(jié)構(gòu)(b)等效電路714.6.2微波濾波器4.微波帶阻濾波器構(gòu)成：由主線和若干并聯(lián)分支線構(gòu)成，分支線長度為，分支線間距也為。該等效電路是集中參數(shù)帶阻濾波器的原型電路。第4章無源微波器件

圖4-6-6分支線式微波帶阻濾波器(a)結(jié)構(gòu)(b)等效電路724.6.3微波周期性結(jié)構(gòu)簡介結(jié)構(gòu)（1）電抗加載周期性結(jié)構(gòu)。（2）介質(zhì)加載周期性結(jié)構(gòu)。（3）頻率選擇表面（FSS），即通過將表面周期性地分區(qū)使之具有頻率選擇性。第4章無源微波器件734.6.3微波周期性結(jié)構(gòu)簡介分析步驟（1）寫出電抗加載單元電路的矩陣第4章無源微波器件圖4-6-7電抗加載單元電路744.6.3微波周期性結(jié)構(gòu)簡介（2）寫出電抗加載單元電路的色散方程第4章無源微波器件若上式存在非零解，當(dāng)且僅當(dāng)系數(shù)矩陣的行列式等于零754.6.3微波周期性結(jié)構(gòu)簡介（3）對色散方程進行討論第4章無源微波器件——通帶條件——阻帶條件764.7微波鐵氧體器件4.7.1概述1.什么是鐵氧體鐵氧體是一種非金屬磁性材料，由氧化鐵與其它金屬氧化物混合燒結(jié)而成。分子式為，其中，M表示二價金屬分子，在微波波段通常指Mg－Mn、Mg－Mn－Al、Ni－Zn、Ni－Co、Li等。

第4章無源微波器件774.7.1概述2.微波鐵氧體的特點（1）電阻率很高（達1011Ω·cm），接近于絕緣體，因此電磁波可以在其中傳播。（2）磁導(dǎo)率隨外加直流磁場的變化而變化，因而磁導(dǎo)率可以電調(diào)。（3）具有磁各向異性，即它的磁導(dǎo)率不再是標(biāo)量，而需要用張量來描述，稱為張量磁導(dǎo)率。因此微波鐵氧體器件一般是非互易器件。第4章無源微波器件784.7.2鐵氧體的張量磁導(dǎo)率1.鐵氧體的磁化外加恒定磁場第4章無源微波器件圖4-7-1磁化強度的進動——鐵氧體的本征進動頻率或拉摩進動頻率實際的鐵氧體存在損耗，使在很短時間內(nèi)與的方向趨于一致，這一現(xiàn)象稱為鐵氧體被磁化。794.7.2鐵氧體的張量磁導(dǎo)率2.無耗鐵氧體的張量磁導(dǎo)率定義外加磁場當(dāng)工作在小信號狀態(tài)時第4章無源微波器件804.7.2鐵氧體的張量磁導(dǎo)率3.關(guān)于張量磁導(dǎo)率的討論（1）在與垂直的方向，不僅對有貢獻，而且對也有貢獻。亦然。稱這種性質(zhì)為磁各向異性。（2）為一特殊方向，該方向的只與有關(guān)，即在方向鐵氧體與磁導(dǎo)率為標(biāo)量的介質(zhì)無異。（3）當(dāng)，即交變磁場的頻率接近于拉摩進動頻率時，有，。稱這種現(xiàn)象為鐵氧體的鐵磁諧振效應(yīng)。在鐵磁諧振狀態(tài)下，鐵氧體強烈吸收交變磁場的能量。第4章無源微波器件814.7.3微波鐵氧體的正負圓極化磁導(dǎo)率1.正圓極化磁場及正圓極化磁導(dǎo)率（1）正圓極化磁場

與恒定磁場呈右手螺旋關(guān)系

（2）正圓極化磁導(dǎo)率第4章無源微波器件824.7.3微波鐵氧體的正負圓極化磁導(dǎo)率2.負圓極化磁場及負圓極化磁導(dǎo)率負圓極化磁場與恒定磁場呈左手螺旋關(guān)系

負圓極化磁導(dǎo)率第4章無源微波器件834.7.3微波鐵氧體的正負圓極化磁導(dǎo)率3.關(guān)于正負圓極化磁導(dǎo)率的討論（1）正圓極化磁導(dǎo)率曲線可分成三段為鐵磁諧振點。對應(yīng)曲線的左半支，這時，為低場區(qū)。對應(yīng)曲線的右半支，這時，為高場區(qū)。（2）負圓極化磁導(dǎo)率曲線比較平坦。第4章無源微波器件圖4-7-2正負圓極化磁導(dǎo)率曲線844.7.4SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播1.縱向磁化情形和法拉第效應(yīng)（1）時SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播第4章無源微波器件對SUPW有

結(jié)論：對縱向磁化情形，SUPW被分解成兩部分，一部分是正圓極化的SUPW，以相速度傳播；另一部分是負圓極化的SUPW，以相速度傳播。854.7.4SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播1.縱向磁化情形和法拉第效應(yīng)

（2）法拉第效應(yīng)特點：工作在低場區(qū)時，的旋向與呈右手螺旋關(guān)系。工作在高場區(qū)時，的旋向與呈左手螺旋關(guān)系。是一種非互易效應(yīng)。

第4章無源微波器件圖4-7-3法拉第旋轉(zhuǎn)角——法拉第旋轉(zhuǎn)角864.7.4SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播2.橫向磁化情形和雙折射效應(yīng)時SUPW被分裂成兩部分，一部分是TEM波，它的相速度與鐵氧體的磁化狀態(tài)無關(guān)，稱為尋常波或o波；另一部分是橢圓極化波，它的相速度與鐵氧體的磁化狀態(tài)有關(guān)，稱為非尋常波或e波。雙折射效應(yīng)：橫向磁化時SUPW被分裂成o波和e波的現(xiàn)象。第4章無源微波器件874.7.5隔離器1.旋轉(zhuǎn)式隔離器構(gòu)成：由兩段圓方波導(dǎo)和內(nèi)置鐵氧體棒的圓波導(dǎo)段構(gòu)成，圓波導(dǎo)段外壁裝有永久磁鐵，用來提供縱向偏置磁場。圖中，波導(dǎo)1和波導(dǎo)2呈夾角，鐵氧體棒的法拉第旋轉(zhuǎn)角也是。第4章無源微波器件圖4-7-4旋轉(zhuǎn)式隔離器884.7.5隔離器工作原理（1）電磁波向右傳輸時，波導(dǎo)1中TE10波經(jīng)圓方波導(dǎo)后轉(zhuǎn)換成圓波導(dǎo)的TE11波。由法拉第效應(yīng)，電場方向右旋。到達波導(dǎo)2時與其所需的TE10波的電場方向一致，因此，信號順利輸出。（2）電磁波向左傳輸時，TE10波從波導(dǎo)2傳輸至波導(dǎo)1的過程中，電場方向仍然右旋，到達波導(dǎo)1時與其所需的TE10波的電場方向正交，因此，波導(dǎo)1無輸出。第4章無源微波器件圖4-7-5旋轉(zhuǎn)式隔離器的工作原理894.7.5隔離器2.場移式隔離器場移式隔離器由內(nèi)置鐵氧體片和衰減片的矩形波導(dǎo)段構(gòu)成。圖中，鐵氧體片置于TE10波的圓極化磁場處，衰減片緊貼在鐵氧體片上，安裝有永久磁鐵用來提供橫向偏置磁場，并使鐵氧體工作在的低場區(qū)。第4章無源微波器件圖4-7-6場移式隔離器904.7.5隔離器（1）場移效應(yīng)TE10波傳入紙面的情況。鐵氧體片處存在左圓極化磁場，是正圓極化磁場，使合成磁場削弱。這一現(xiàn)象好像是鐵氧體片將TE10波的場轉(zhuǎn)移到了其外部空間。TE10波傳出紙面的情況。鐵氧體片處存在右圓極化磁場，是負圓極化磁場，對磁場分布的影響不明顯。由于鐵氧體的介電常數(shù)較大，使鐵氧體內(nèi)的電場增強。這一現(xiàn)象好像是鐵氧體片將TE10波的場向其內(nèi)部有所集中。鐵氧體的這種改變場分布的作用稱為場移效應(yīng)。場移效應(yīng)是一種非互易效應(yīng)。第4章無源微波器件圖4-7-7鐵氧體的場移效應(yīng)914.7.5隔離器（2）場移式隔離器的工作原理由于衰減片的作用使得：當(dāng)TE10波穿入紙面?zhèn)鬏敃r，鐵氧體處的場很弱，衰減片不起作用，因此，TE10波順利傳輸。當(dāng)TE10波穿出紙面?zhèn)鬏敃r，鐵氧體處的場較強，在傳輸過程中這些功率被衰減片吸收，因此，TE10波不能順利傳輸。

3.諧振吸收式隔離器第4章無源微波器件圖4-7-8諧振吸收式隔離器924.7.6環(huán)行器結(jié)構(gòu)由互成120°的Y形板線、兩塊圓餅狀鐵氧體和永久磁鐵（鋇鐵）構(gòu)成，鐵氧體上下夾住板線的芯線形成結(jié)區(qū)，永久磁鐵用于提供橫向偏置磁場。工作特性從端口1輸入的功率全部從端口2輸出，端口1無反射，端口3被隔離，余類推。這一工作特性簡記為1→2→3→1。第4章無源微波器件圖4-7-9Y結(jié)環(huán)形器的結(jié)構(gòu)圖4-7-