電磁場與微波技術(shù) ch7常用微波元件

電磁場與微波技術(shù)Chapter7常用微波元件微波元件功能：對微波信號進行各種變換一、按傳輸線類型劃分

二、按功能（應(yīng)用角度）劃分連接元件、終端元件、匹配元件、衰減元件、相移元件、分支元件、濾波元件、波型變換元件電磁場與微波技術(shù)三、按互易角度劃分

互易元件、非互易元件四、按與低頻對應(yīng)角度劃分

電抗元件、電阻元件、連接元件、分支元件、鐵氧體元件五、按端口數(shù)劃分

單端口元件、二端口元件、三端口元件、四端口元件微波元件微波網(wǎng)絡(luò)等效電路法

電磁場與微波技術(shù)電容膜片§7.1

波導(dǎo)中的電抗元件矩形波導(dǎo)中的電容膜片及等效電路對稱電容膜片的歸一化電納為在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊金屬膜片，在其上對稱或不對稱之處開一個與波導(dǎo)寬壁尺寸相同的窄長窗口。電磁場與微波技術(shù)電感膜片矩形波導(dǎo)中的電感膜片及等效電路對稱電感膜片的歸一化電納為在波導(dǎo)窄壁上放置金屬膜片后，會使波導(dǎo)寬壁上的電流產(chǎn)生分流，于是在膜片的附近會產(chǎn)生磁場，并存儲一部分磁能。電磁場與微波技術(shù)諧振窗在橫向金屬膜片上開設(shè)一個小窗，稱為諧振窗。

工作頻率=諧振頻率，匹配狀態(tài)，信號可以無反射地通過諧振窗工作頻率<諧振頻率，諧振窗呈感性，有反射工作頻率>諧振頻率，諧振窗呈容性，有反射諧振波長電磁場與微波技術(shù)銷釘在矩形波導(dǎo)中插入一根或多根垂直對穿波導(dǎo)寬壁的金屬圓棒

調(diào)諧螺釘螺釘插入波導(dǎo)的深度可以調(diào)節(jié)，電納的性質(zhì)和大小可隨之改變，使用方便，是小功率微波設(shè)備中常采用的調(diào)諧和匹配元件。電磁場與微波技術(shù)電容電感串聯(lián)諧振螺釘及等效電路電磁場與微波技術(shù)§7.2

連接元件接頭：把相同類型傳輸線連接在一起的裝置。轉(zhuǎn)接元件：把不同類型的傳輸線連接在一起的裝置。接頭要求：連接點接觸可靠，不泄露電磁能量；不引起電磁反射，輸入駐波比盡可能?。还ぷ黝l帶寬；結(jié)構(gòu)牢靠，裝卸方便；容易加工。波導(dǎo)接頭（a）平接頭（b）抗流接頭同軸線接頭電磁場與微波技術(shù)轉(zhuǎn)接元件傳輸線尺寸變換器特性阻抗相同，但尺寸不同的兩個同軸線之間的連接屬于傳輸線變換器。

電磁場與微波技術(shù)階梯阻抗變換器在兩個特性阻抗不同的傳輸線之間插入一段或多段不同特性阻抗的傳輸線，就可以在一定帶寬內(nèi)使駐波比低于某個給定的值

單節(jié)阻抗變化器缺點：頻帶窄多節(jié)阻抗變化器：n節(jié)有（n+1）個階梯，產(chǎn)生（n+1）個反射波，到輸入端產(chǎn)生疊加效果，在某些頻率上全部（部分）抵消，形成匹配。在較寬的頻帶內(nèi)有較小的反射系數(shù)電磁場與微波技術(shù)同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器同軸-微帶轉(zhuǎn)接器同軸線內(nèi)導(dǎo)體直徑的選取與微帶線的特性阻抗有關(guān)通常使內(nèi)導(dǎo)體直徑等于微帶線中心導(dǎo)帶寬度。

電磁場與微波技術(shù)§7.3

分支元件矩形波導(dǎo)的分支元件矩形波導(dǎo)的T型接頭E－T分支（一）E—T接頭（總與反相聯(lián)系）1、口輸入，、均有輸出2、口輸入，、均有輸出3、口輸入，、等幅反相輸出4、、等幅同相輸入，口無輸出5、、等幅反相輸入，口輸出最大電磁場與微波技術(shù)H－T分支（二）H—T接頭（總與同相聯(lián)系）1、口輸入，、

均有輸出2、口輸入，、

均有輸出3、

口輸入，、等幅同相輸出3、、等幅同相輸入，

口輸出最大4、、等幅反相輸入，

口無輸出電磁場與微波技術(shù)魔T魔T特性可以看作是E-T和H-T的結(jié)合MagicT性質(zhì)（1）匹配特性：在理想情況下，四個端口完全匹配只要

、

口匹配，、口一定匹配（2）隔離特性：、口具有隔離特性

、

口也具有隔離特性電磁場與微波技術(shù)（3）平分特性：當(dāng)信號由

口輸入時，則同相等分給、口當(dāng)信號由

口輸入時，則反相等分給、口當(dāng)信號由

口輸入時，則反相等分給

、

口

當(dāng)信號由

口輸入時，則同相等分給

、

口

同軸線的分支元件主臂1（接信號源）、支臂2和支臂3、終端短路且長度為λ/4的支臂4組成。支臂2和支臂3的特性阻抗相等。由主臂1輸入的功率平分給支臂2和支臂3。等功率分配器電磁場與微波技術(shù)不等功率分配器主臂1（接信號源）、支臂2和支臂3、終端短路且長度為λ/4的支臂4組成。支臂2和支臂3的特性阻抗不相等。由主臂1輸入的功率不能平分給支臂2和支臂3。電磁場與微波技術(shù)要求微帶功率分配器電磁場與微波技術(shù)§7.4

終端元件終端元件：傳輸線終端所接的元件匹配負(fù)載匹配負(fù)載能幾乎無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，都要用到匹配負(fù)載。

對匹配負(fù)載的基本要求：（1）有較寬的工作頻帶（2)輸入駐波比?。?）有一定的功率容量

電磁場與微波技術(shù)短路器作用：將電磁能量全部反射回去1、接觸式2、抗流式（1）波導(dǎo)型（2）同軸型電磁場與微波技術(shù)§7.5

衰減器和移相器衰減器和移相器均屬于二端口網(wǎng)絡(luò)。衰減器的作用是對通過它的微波能量產(chǎn)生衰減；移相器的作用是對通過它的微波信號產(chǎn)生一定的相移微波能量可無衰減地通過衰減器

理想的衰減器是只有衰減而無相移的二端口網(wǎng)絡(luò)吸收衰減器1、橫移式2、刀型電磁場與微波技術(shù)在波導(dǎo)內(nèi)放入與電場方向平行的吸收片，當(dāng)微波能量通過吸收片時，將吸收一部分能量而產(chǎn)生衰減截止衰減器

在傳輸線中插入一小段橫向尺寸較小的傳輸線段，使電磁波經(jīng)過這段傳輸線后微波能量很快衰減（β=0），控制截止傳輸線的長度，就可以調(diào)節(jié)衰減量的大小電磁場與微波技術(shù)極化衰減器方圓過渡可旋轉(zhuǎn)圓波導(dǎo)圓方過渡PinPout內(nèi)置水平吸收片１內(nèi)置隨圓波導(dǎo)一同旋轉(zhuǎn)的吸收片內(nèi)置水平吸收片２電磁場與微波技術(shù)移相器移相器：對電磁波只產(chǎn)生一定的相移的微波元件

是一個無反射、無衰減的二端口網(wǎng)絡(luò)均勻傳輸線上相距為l的兩點之間的相位差為改變相位的方法：改變傳輸線的長度l或改變相位常數(shù)β

介質(zhì)移相器：1、橫移式（尖劈式、階梯式）2、旋轉(zhuǎn)式電磁場與微波技術(shù)§7.6

定向耦合器應(yīng)用：1、監(jiān)視功率、頻率、頻譜2、功率分配、合成

3、混頻器、測量電橋4、測量反射波（a）微帶分支定向耦合器（b）波導(dǎo)單孔定向耦合器（c）平行耦合線定向耦合器（d）波導(dǎo)匹配雙T（e）波導(dǎo)多孔定向耦合器（f）微帶混合環(huán)電磁場與微波技術(shù)定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)典型的定向耦合器是四端口網(wǎng)絡(luò)

輸入端

直通端

耦合端

隔離端耦合度C其他各端口都接匹配負(fù)載時，輸入端的輸入功率與耦合端的輸出功率之比電磁場與微波技術(shù)可逆四端口網(wǎng)絡(luò)耦合度越大，耦合越弱定向性D耦合端輸出功率與隔離端輸出功率之比理想情況下，P4=0，隔離度為無限大。實際上由于設(shè)計或加工制作不完善，常有極小部分功率從隔離端輸出，使隔離度不再為無限大。實際應(yīng)用中常給定最小值。電磁場與微波技術(shù)輸入駐波比將定向耦合器除輸入端外，其余各端均接上匹配負(fù)載時輸入端的駐波比即為定向耦合器的輸入駐波比工作頻帶寬度耦合度、隔離度(或方向性)及輸入駐波比都滿足指標(biāo)要求時定向耦合器的工作頻帶寬度，簡稱工作帶寬?；旌檄h(huán)3dB定向耦合器電磁場與微波技術(shù)信號由端口1輸入，到達(dá)端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后90度；到達(dá)端口3的兩路信號等幅反相，端口3無輸出；到達(dá)端口4的兩路信號等幅同相，端口4有輸出，相位滯后90度。電磁場與微波技術(shù)信號由端口2輸入，到達(dá)端口1的兩路信號等幅同相，端口1有輸出，相位滯后90度；到達(dá)端口3的兩路信號等幅同相，端口3有輸出，相位滯后270度；到達(dá)端口4的兩路信號等幅反相，端口4無輸出。信號由端口3輸入，到達(dá)端口1的兩路信號等幅反相，端口1無輸出；到達(dá)端口2的兩路信號等幅同相，端口2有輸出，相位滯后270度；到達(dá)端口4的兩路信號等幅同相，端口4有輸出，相位滯后90度。信號由端口4輸入，到達(dá)端口1的兩路信號等幅同相，端口1有輸出，相位滯后90度；到達(dá)端口2的兩路信號等幅反相，端口2無輸出；到達(dá)端口3的兩路信號等幅同相，端口3有輸出，相位滯后90度。電磁場與微波技術(shù)§7.7

微波諧振器用途：類似電路中的集總參數(shù)元件諧振回路，用于微波信號源、濾波器、振蕩器、頻率計等。諧振器：限定電磁能量在一定體積內(nèi)振蕩的結(jié)構(gòu)具有儲能、選頻特性?？捎梢欢蝺啥硕搪坊騼啥碎_路的傳輸線段組成電磁波在其上呈駐波分布，電磁能量不能傳輸，只能來回振蕩。低頻LC諧振回路向微波諧振腔的過渡：頻率升高，減小L,C，減小導(dǎo)體和輻射損耗類似低頻電路的LC回路微波諧振腔一般由一段兩端短路的傳輸線構(gòu)成電磁場與微波技術(shù)在LC諧振回路中，電能儲存在電容中，磁能儲存在電感中，諧振就是電磁能量在電容和電感中相互轉(zhuǎn)換的過程。微波諧振器是分布參數(shù)，電磁場被限制在腔的體積中，振蕩是由電磁波在腔壁上來回反射形成穩(wěn)定駐波而形成的。LC振蕩回路只有一個諧振頻率，而微波諧振器有無限多個諧振頻率。微波諧振器可以集中較多的能量，且損耗較小，它的品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)大于LC振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)。諧振腔中的振蕩過程與在LC諧振回路中一樣，也是電磁場能量以電能和磁能兩種形式相互轉(zhuǎn)換的過程。分類：傳輸線型諧振腔（矩形腔、圓柱腔、同軸腔、微帶腔、介質(zhì)腔等）非傳輸線型諧振腔（速調(diào)管、磁控管、行波管）電磁場與微波技術(shù)微波諧振器的基本特性和參數(shù)諧振波長諧振器中該模式的場量發(fā)生諧振時的波長表征微波諧振器的振蕩規(guī)律，即微波諧振器內(nèi)振蕩存在的條件色散關(guān)系式產(chǎn)生振蕩的條件是腔內(nèi)能夠形成穩(wěn)定的駐波，要求腔兩端壁間的距離l等于駐波波節(jié)間距的整數(shù)倍：電磁場與微波技術(shù)品質(zhì)因數(shù)它描述諧振器選擇性的優(yōu)劣和能量損耗的大小W代表諧振器儲能，WT代表一周期內(nèi)諧振器的能量損耗，Pl代表一周期內(nèi)的平均損耗功率。對于封閉的諧振器，輻射損耗為0。介質(zhì)無耗時，介質(zhì)損耗也為0.只有導(dǎo)體損耗。電磁場與微波技術(shù)同軸線諧振器同軸線工作于TEM模式同軸線諧振器電磁場與微波技術(shù)λ/4型同軸線諧振器電磁場與微波技術(shù)λ/2型同軸線諧振器電容加載同軸線諧振器無窮，多諧性加載電容越大，諧振器長度越短電磁場與微波技術(shù)矩形諧振器振蕩模式及其場分布矩形波導(dǎo)諧振腔由一段長度為l，兩端短路的矩形波導(dǎo)構(gòu)成，電場和磁場能量被儲存在腔體內(nèi)，功率損耗由腔體的金屬壁與腔內(nèi)填充的介質(zhì)引起。

矩形諧振器及TE101諧振模的場分布電磁場與微波技術(shù)矩形腔可以存在無窮多TEmnp模式和TMmnp模式，下標(biāo)m、n、p分別表示沿波導(dǎo)寬壁、窄壁和長度上分布的半駐波數(shù)。諧振頻率最低或諧振波長最長的模式為微波諧振腔的主模。矩形諧振腔的主模是TE101模。諧振波長電磁場與微波技術(shù)當(dāng)滿足l>a>b，TE101模的諧振波長最長，即諧振頻率最低。TE101模諧振波長品質(zhì)因數(shù)TE101模矩形諧振腔的品質(zhì)因素假如a=b=l的立方腔對銅腔，波長為10cm電磁場與微波技術(shù)圓柱形諧振器任何傳輸線，當(dāng)其長度為半波長的整數(shù)倍，將其兩端短路，均可構(gòu)成諧振腔。由一段長度為l，兩端短路