微波元器件介紹

微波器件基本知識(shí)一、無(wú)源器件原理介紹

微波元器件無(wú)源器件有源器件基本電抗元件終端元件連接元件分支元件（功分器）衰減器和移相器定向耦合器濾波器諧振器隔離器

……微波振蕩器微波放大器微波混頻器微波倍頻器微波控制器件……電抗元件原理：在傳輸線的不均勻區(qū)域附近，電磁場(chǎng)比較復(fù)雜，可以分解為主模和多個(gè)高次模式的疊加，其中主?？梢詡鬏敚叽文＝刂?，只能分布在不均勻區(qū)附近。因此不均勻區(qū)附近儲(chǔ)存了高次模式的電磁場(chǎng)能量。若儲(chǔ)存的主要是電場(chǎng)能量，則不均勻區(qū)域相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)存電能的電容；若儲(chǔ)存的主要是磁場(chǎng)能量，則不均勻區(qū)域相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)存磁能的電感。波導(dǎo)電抗元件3、諧振窗：ab諧振波長(zhǎng)：諧振時(shí)，并聯(lián)回路的電抗無(wú)窮大（相當(dāng)于開(kāi)路），無(wú)反射；失諧時(shí)，并聯(lián)回路的電抗為容性或感性，反射較大；作用：一個(gè)諧振窗相當(dāng)于帶通濾波器，諧振的頻率就是可通過(guò)的頻率。b’a’諧振窗：微帶電路中的電容、電感間隙電容交指電容疊層電容一段Zc小的短傳輸線可等效為并聯(lián)電容。設(shè)計(jì)該對(duì)應(yīng)的低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件值；原理：電磁波在不同介質(zhì)中具有不同的相移常數(shù)。距離較近的微帶線之間都有能量耦合。一段窄的短微帶線可等效為串聯(lián)電感；矩形波導(dǎo)TE10模式的相移常數(shù)3、4匹配之后，1、2自動(dòng)匹配；1輸入，2、3輸出，相位差90度；“3臂、4臂隔離”的原因：1臂輸入時(shí)，從2、3臂輸出；2、波導(dǎo)H-T分支（三端口元件）3臂自身有反射，但若在該臂加入匹配裝置，可使3臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出；在微波設(shè)備、雷達(dá)中應(yīng)用廣泛。1、2臂均有輸入：3臂輸出差信號(hào)，4臂輸出和信號(hào)；在3臂加終端短路活塞，就可以移動(dòng)短路活塞，調(diào)節(jié)并聯(lián)支路的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。微帶電路中的電容、電感1、2同相輸入：3輸出差信號(hào)，4輸出和信號(hào)；微帶電路中的電容、電感最大電壓駐波系數(shù)：1.在微波設(shè)備、雷達(dá)中應(yīng)用廣泛。若兩輸入信號(hào)等幅，則3臂無(wú)輸出；1輸入，2、3輸出，相位差90度；兩端開(kāi)路的微帶段，長(zhǎng)度均為λg/21、2同相輸入：3輸出差信號(hào)，4輸出和信號(hào)；低阻抗短線（寬線）相當(dāng)于并聯(lián)電容平行耦合線定向耦合器經(jīng)過(guò)計(jì)算確定每段微帶的長(zhǎng)度、寬度，使其等效電抗值與集總元件電路中的對(duì)應(yīng)電抗值的相等。3輸入：1、2等幅、反相輸出，4無(wú)輸出；最大正向損耗：0.一段窄的短微帶線可等效為串聯(lián)電感；2、串聯(lián)電感：一段無(wú)耗短傳輸線一段Zc大的短傳輸線可等效為串聯(lián)電感；一段Zc小的短傳輸線可等效為并聯(lián)電容。若Zc大，則L大，C小可忽略若Zc小，則C大，L小可忽略當(dāng)介質(zhì)基片厚度一定時(shí)，微帶寬度W↘，則Zc↗；預(yù)備知識(shí)：CL/2等效L/2一段窄的短微帶線可等效為串聯(lián)電感；一段寬的短微帶線可等效為并聯(lián)電容。l用高阻抗微帶短線實(shí)現(xiàn)串聯(lián)電感高阻抗段環(huán)形電感圓形螺旋電感方形螺旋電感為加大電感值，將高阻抗線彎曲、螺旋，增加匝數(shù)：串聯(lián)在傳輸線上的諧振回路：LCCLl并聯(lián)電容、電感：用低阻抗線實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容：低阻抗段用并聯(lián)的終端開(kāi)路支節(jié)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容或并聯(lián)電感；當(dāng)信號(hào)從端口1輸入時(shí)，功率從端口2和端口3輸出，只要設(shè)計(jì)3、4相互隔離（相互不可傳送信號(hào)）1、2同相輸入：3輸出差信號(hào)，4輸出和信號(hào)；在微波設(shè)備、雷達(dá)中應(yīng)用廣泛。3臂（4臂）輸入的TE10?？梢栽?臂（3臂）中激勵(lì)起高次模，但高次模式不能傳輸，不能輸出。兩信號(hào)分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面時(shí)相位相反，則3臂輸出兩信號(hào)之差，稱為差信號(hào)。任何端口都與外接傳輸線相匹配；用低阻抗線實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電容：低通濾波器：最平坦式、切比雪夫式、橢圓函數(shù)式1、2均有輸入：3輸出差信號(hào)，4輸出和信號(hào)；微波濾波器一、低頻濾波器設(shè)計(jì)將所需其他濾波器的衰減特性通過(guò)頻率變換，得到對(duì)應(yīng)的低通濾波器衰減特性；設(shè)計(jì)該對(duì)應(yīng)的低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件值；應(yīng)用頻率變換，得到所需濾波器的電路結(jié)構(gòu)和元件值。（衰減）（頻率）

低通濾波器的設(shè)計(jì)已非常成熟；低通濾波器：最平坦式、切比雪夫式、橢圓函數(shù)式二、微波濾波器設(shè)計(jì)先按低頻濾波器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出低頻集總元件濾波器，得到其電路結(jié)構(gòu)和每一個(gè)元件值；然后，用微波頻段的元件代替已設(shè)計(jì)電路中的集總元件，該過(guò)程稱為集總參數(shù)電路的微波實(shí)現(xiàn)。如，波導(dǎo)中，電感、電容就可以用波導(dǎo)膜片、銷釘來(lái)實(shí)現(xiàn)，微帶電路中也可用微帶間隙、分支等來(lái)實(shí)現(xiàn)電感、電容。三、微帶濾波器集總元件電路1、低通濾波器1微帶電路實(shí)現(xiàn)方案LLC（電感）（交指電容）C1C3C5L2L4L6

高阻抗短線（窄線）相當(dāng)于串聯(lián)電感

低阻抗短線（寬線）相當(dāng)于并聯(lián)電容經(jīng)過(guò)計(jì)算確定每段微帶的長(zhǎng)度、寬度，使其等效電抗值與集總元件電路中的對(duì)應(yīng)電抗值的相等。C1C3C5L2L4L6微帶電路實(shí)現(xiàn)方案2、低通濾波器2集總元件電路C2C4L1L3橢圓函數(shù)式低通濾波器L2L4L5C63、低通濾波器3微帶電路實(shí)現(xiàn)方案4、帶通濾波器輸入輸出兩端開(kāi)路的微帶段，長(zhǎng)度均為λg/2微帶段兩端開(kāi)路，波導(dǎo)波長(zhǎng)等于λg的電磁波才可以在微帶段上諧振并持續(xù)存在；微帶段與微帶段之間有能量耦合；輸入信號(hào)中，只有諧振頻率及其附近頻率的信號(hào)才可以一級(jí)一級(jí)耦合到輸出口，故為帶通濾波器。平行耦合微帶型帶通濾波器某實(shí)際微帶電路中的耦合帶通濾波器屏蔽盒中的微帶帶通濾波器將微帶段折彎，以減小體積平行耦合微帶型帶通濾波器的變形同軸線輸入同軸線輸出5、帶阻濾波器λg1

/4終端開(kāi)路輸入輸出對(duì)于波導(dǎo)波長(zhǎng)等于λg1

、λg2、λg3

的電磁波而言，并聯(lián)的終端開(kāi)路四分之一支節(jié)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地短路的功能，這些頻率的信號(hào)不能通過(guò)，故為帶阻濾波器。λg2/4λg3/4帶阻濾波器實(shí)例終端元件（單端口元件）一、匹配負(fù)載：

作用：接在傳輸線的終端，盡量吸收全部入射功率，保證傳輸線的終端無(wú)反射，其駐波比在1.05左右～1.1左右；

工作原理：元件中采用高阻衰減材料、吸波材料，吸收入射的電磁波；

特點(diǎn)：吸波材料與空氣的界面應(yīng)做成漸變式過(guò)渡，減小反射；高功率匹配負(fù)載需要散熱裝置，將吸收的電磁能轉(zhuǎn)化成的熱能散發(fā)出去。1、波導(dǎo)式匹配負(fù)載片式吸收體體積式吸收體散熱片大功率匹配干負(fù)載出大功率匹配水負(fù)載水入吸波材料2、同軸線式匹配負(fù)載同軸匹配干負(fù)載3、微帶線式匹配負(fù)載介質(zhì)薄膜電阻導(dǎo)體帶漸變式開(kāi)路匹配阻抗式半圓式二、輻射終端能量盡量輻射出去，盡量減小終端反射；波導(dǎo)喇叭天線E面喇叭H面喇叭金字塔形喇叭圓形喇叭喇叭天線拋物面天線的喇叭饋源波導(dǎo)喇叭衰減器和移相器一、衰減器：同軸線衰減器可調(diào)波導(dǎo)衰減器吸波材料片

作用：根據(jù)需要，減小所傳輸信號(hào)的幅度。

原理：用吸波材料吸收一定的電磁能量來(lái)實(shí)現(xiàn)衰減。二、移相器：

原理：電磁波在不同介質(zhì)中具有不同的相移常數(shù)。因此改變電磁波經(jīng)過(guò)的介質(zhì)就可以改變其相移量。

作用：可以人為地改變傳輸電磁波的相位。矩形波導(dǎo)TE10模式的相移常數(shù)經(jīng)過(guò)距離l的相移量相移量與媒質(zhì)參數(shù)密切相關(guān)低損耗介質(zhì)片l微帶線移相器電路功率分配網(wǎng)絡(luò)天線陣元移相器饋源

應(yīng)用舉例：用于相控陣天線中，要求每個(gè)天線陣元輻射相位不同的電磁波。移相器的相移量相控陣天線分支元件

作用：把一路電磁能量分為兩路或多路；或者，將多路電磁能量相加或相減。＋－1、波導(dǎo)E-T分支（三端口元件）213213串聯(lián)支路等效等效電路在3臂加終端短路活塞，就可以移動(dòng)短路活塞，調(diào)節(jié)串聯(lián)支路的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。jX12等效能量分配功能213

3臂自身有反射，但若在該臂加入匹配裝置，可使3臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出；

3臂輸入時(shí)，從1、2臂等幅、反相輸出；

1臂輸入時(shí)，從2、3臂輸出；123123

2臂輸入時(shí)，從1、3臂輸出；

求差信號(hào)的功能123兩信號(hào)分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面時(shí)相位相同，則3臂輸出兩信號(hào)之差，稱為差信號(hào)。信號(hào)1－信號(hào)2信號(hào)1信號(hào)2若兩輸入信號(hào)等幅，則3臂無(wú)輸出；T求和信號(hào)的功能123兩信號(hào)分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面時(shí)相位相反，則3臂輸出兩信號(hào)之和，稱為和信號(hào)。信號(hào)1＋信號(hào)2信號(hào)1信號(hào)2T2、波導(dǎo)H-T分支（三端口元件）213等效并聯(lián)支路等效電路123在3臂加終端短路活塞，就可以移動(dòng)短路活塞，調(diào)節(jié)并聯(lián)支路的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。21等效jX能量分配功能123

3臂自身有反射，但若在該分支波導(dǎo)加入匹配裝置，可使3臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出；

3臂輸入時(shí)，從1、2臂等幅、同相輸出；

1臂輸入時(shí)，從2、3臂輸出；

2臂輸入時(shí)，從1、3臂輸出；123123求和信號(hào)的功能123信號(hào)1信號(hào)2信號(hào)1＋信號(hào)2兩信號(hào)分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面時(shí)相位相同，則3臂輸出兩信號(hào)之和，稱為和信號(hào)。T求差信號(hào)的功能123信號(hào)1信號(hào)2信號(hào)1－信號(hào)2兩信號(hào)分別從1、2臂輸入，且到達(dá)分支波導(dǎo)中軸T面時(shí)相位相反，則3臂輸出兩信號(hào)之差，稱為差信號(hào)。若此時(shí)兩信號(hào)等幅，則3臂無(wú)輸出；T3、波導(dǎo)雙-T分支（四端口元件）123（E）4（H）主要特性：

1、2同相輸入：3輸出差信號(hào)，4輸出和信號(hào)；

3輸入：1、2等幅、反相輸出，4無(wú)輸出；

4輸入：1、2等幅、同相輸出，3無(wú)輸出；

3、4相互隔離（相互不可傳送信號(hào)）132

“3臂、4臂隔離”的原因：T

3臂輸入的TE10模式關(guān)于中軸面T反對(duì)稱，而4臂中TE10模式關(guān)于中軸面T對(duì)稱，故相互不能激勵(lì)。

3臂（4臂）輸入的TE10模可以在4臂（3臂）中激勵(lì)起高次模，但高次模式不能傳輸，不能輸出。3臂輸入，4臂無(wú)輸出132T4臂輸入，3臂無(wú)輸出4、波導(dǎo)魔T（四端口元件）123（E）4（H）調(diào)匹配的裝置主要特性：

任何端口都與外接傳輸線相匹配；3、4匹配之后，1、2自動(dòng)匹配；

3輸入：1、2等幅、反相輸出，4無(wú)輸出；

4輸入：1、2等幅、同相輸出，3無(wú)輸出；

1、2均有輸入：3輸出差信號(hào)，4輸出和信號(hào)；

3、4臂相互隔離；1、2臂相互隔離；在微波設(shè)備、雷達(dá)中應(yīng)用廣泛。二、微帶分支：

Y形分支

T形分支微帶天線陣微帶天線陣元微帶線主要特性：

3臂輸入：1、2等幅、反相輸出，4臂無(wú)輸出；

4臂輸入：1、2等幅、同相輸出，3臂無(wú)輸出；

1、2臂均有輸入：3臂輸出差信號(hào)，4臂輸出和信號(hào)；

3、4臂相互隔離；1、2臂相互隔離；微帶環(huán)形電橋（微帶魔T）1243微帶環(huán)形電橋?qū)嵗Ψ制?/p>

典型的功分器有微帶和腔體兩種。①腔體功分器：腔體功分器是同軸結(jié)構(gòu)，它將輸入的50Ω阻抗變換為25Ω（使用內(nèi)外導(dǎo)體的不同比率），25Ω阻抗可以良好的與兩個(gè)輸出50Ω的并聯(lián)阻抗匹配。

②微帶功分器Wilkinson功率分配器是在T分支上加隔離電阻形成的。它可以進(jìn)行任意比率的功率分配。工作原理：當(dāng)信號(hào)從端口1輸入時(shí)，功率從端口2和端口3輸出，只要設(shè)計(jì)恰當(dāng)，輸出可按一定比例分配，并保持電壓同相，電阻R上無(wú)電流，不吸收功率。123若端口2（或端口3）失配，則有信號(hào)反射。反射信號(hào)通過(guò)兩條線路到達(dá)端口3（或端口2）。路徑差為半波長(zhǎng)，因此只要控制好R，就可以實(shí)現(xiàn)兩路反射信號(hào)大小相等、相位相反，因此反射信號(hào)不會(huì)流入端口3（或端口2），從而保證兩輸出端有良好的隔離。定向耦合器3214同向耦合輸入端口隔離端口耦合端口直通端口3214反向耦合直通端口耦合端口輸入端口隔離端口作用：從主傳輸線中取出一些電磁能量并向設(shè)定的方向傳輸。一、波導(dǎo)定向耦合器雙孔定向耦合器（窄頻帶）3214123214123N多孔定向耦合器（頻帶較寬）3412單孔定向耦合器

理想狀態(tài)下，隔離端口應(yīng)當(dāng)沒(méi)有輸出，但實(shí)際上仍有一定輸出，因此應(yīng)在隔離端口接匹配負(fù)載，吸收這一部分功率。吸波材料定向耦合器實(shí)例二、微帶定向耦合器平行耦合線定向耦合器距離較近的微帶線之間都有能量耦合。鋸齒形定向耦合器提高定向性主線副線鋸齒形定向耦合器實(shí)例微帶雙分支定向耦合器3214ABCD

1輸入，2、3輸出，相位差90度；

4為隔離端口，無(wú)輸出；環(huán)形器使信號(hào)單方向傳輸?shù)钠骷Ｋ猩漕l信號(hào)以同樣的環(huán)形方向傳輸，但是只能從一個(gè)端口出去，所有射頻信