電磁場-第四章微波元件及微波網(wǎng)絡(luò)理論概要課件

第四章微波元件及微波網(wǎng)絡(luò)理論

概要§4.0微波元件與微波元件分析方法§4.1連接元件§4.2波導(dǎo)分支元件§4.3波導(dǎo)RLC元件§4.4定向耦合器§4.5阻抗調(diào)配元件§4.6微波諧振器§4.7微波鐵氧體元件§4.8微波網(wǎng)絡(luò)§4.0微波元件與微波元件分析方法1、微波電路微波電路（微波系統(tǒng)）由微波傳輸線、微波元件和微波器件組成。2微波元件及其功能描述微波元件泛指能夠控制導(dǎo)行電磁波的模式、極化方向、幅值、相位及頻率等的無源裝置。功能：對其導(dǎo)行波模式、極化、振幅、相位頻率進(jìn)行調(diào)控。微波元器件按其變換性質(zhì)可分為線性互易元器件、線性非互易元器件以及非線性元器件三大類。微波電路元件和器件線性互易元器件只對微波信號進(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,它的散射矩陣不對稱,但仍工作在線性區(qū)域,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、微波場效應(yīng)管及微波電真空器件等。第一、二類微波無源元件，第二類微波有源器件。3微波元件構(gòu)成原理在微波段，電路元件與普通電路中元件無論在形體上和構(gòu)成原理上發(fā)生較大的變化。微波元件一般是由微波傳輸線結(jié)構(gòu)（形狀、尺寸及填充介質(zhì)）突變而構(gòu)成。連接匹配元件微波連接匹配元件包括終端負(fù)載元件、微波連接元件以及阻抗匹配元器件三大類。終端負(fù)載元件是連接在傳輸系統(tǒng)終端實現(xiàn)終端短路、匹配或標(biāo)準(zhǔn)失配等功能的元件;微波連接元件用以將作用不同的兩個微波系統(tǒng)按一定要求連接起來,主要包括波導(dǎo)接頭、衰減器、相移器及轉(zhuǎn)換接頭等;阻抗匹配元器件是用于調(diào)整傳輸系統(tǒng)與終端之間阻抗匹配的器件,主要包括螺釘調(diào)配器、多階梯阻抗變換器及漸變型變換器等。功率分配元器件在微波系統(tǒng)中,往往需將一路微波功率按比例分成幾路,這就是功率分配問題。實現(xiàn)這一功能的元件稱為功率分配元器件,主要包括:定向耦合器、功率分配器以及各種微波分支器件。微波鐵氧體器件在許多情況下,微波系統(tǒng)需要具有非互易性的器件。負(fù)載的變化對微波信號源的頻率和功率輸出會產(chǎn)生不良影響,使振蕩器性能不穩(wěn)定。一類非互易單向器或隔離器，另一類非互易器件是環(huán)行器。4微波元件的分析方法分析微波元件的工作原理及確定其參數(shù)，嚴(yán)格的方法是分析元件內(nèi)部的場結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確定其外特性，這是典型的邊值型問題。由于微波元件復(fù)雜和不規(guī)則的邊界情況，完整準(zhǔn)確地求解電磁場方程將遇到極大的困難。一般采用等效為微波網(wǎng)絡(luò)的方法，微波元件特性用微波網(wǎng)絡(luò)的外特性參量描述，而這些網(wǎng)絡(luò)外特性參量可以用網(wǎng)絡(luò)參量描述，網(wǎng)絡(luò)參量可以由實驗測定。5微波元件分類根據(jù)微波元件功能可以將微波元件分類：1）連接元件功能：不同類型微波傳輸線連接，實質(zhì)上是完成導(dǎo)行電磁波不同模式的轉(zhuǎn)換。技術(shù)要求：完成模式轉(zhuǎn)換的同時，引入衰耗和反射波盡可能小。波導(dǎo)之間轉(zhuǎn)換、同軸線和波導(dǎo)、同軸線和微帶線、波導(dǎo)和微帶線和矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)。3）RLC元件功能：電阻性元件吸收電磁場能量，電感、電容性元件儲存電磁場能量。電抗元件：螺釘、短路活塞，螺釘相當(dāng)于和波導(dǎo)并聯(lián)的可變電容；短路活塞相當(dāng)于和波導(dǎo)與同軸線串聯(lián)的可變電抗，廣泛地應(yīng)用于系統(tǒng)的調(diào)配及微波測量中。4）定向耦合器功能：微波系統(tǒng)監(jiān)控的重要元件，它是一個四端口元件，具有耦合信號，定向傳輸?shù)奶攸c。5）阻抗調(diào)配元件功能：實現(xiàn)微波線路的阻抗匹配。系統(tǒng)的匹配程度直接決定了系統(tǒng)的工作狀態(tài)，直接影響信號的傳輸質(zhì)量。7）微波鐵氧體元件是一類具有不可逆性的微波元件，利用不同極化電磁波在鐵氧體