《電磁波與天線仿真與實踐》課件-電波與天線知識點11 微波元件

《電磁波與天線仿真及實踐》課件微波元件一、衰減器二、終端元件三、定向耦合器四、隔離器五、功分器六、測量線

微波元器件無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有源混頻器微波有源倍頻器微波有源控制器件……有源器件（activedevices）如果元器件工作時，其內(nèi)部有電源存在，則這種器件叫做有源器件。有源器件一般用來信號的放大、轉(zhuǎn)換等。特點（1）自身也消耗電能。（2）除了輸入信號外，還必須要有外加電源才可以正常工作。微波元件

一、衰減器衰減器放置在傳輸系統(tǒng)中可控制傳輸功率的大小。它與低頻電阻功能相同，其吸收的能量均轉(zhuǎn)為熱能。根據(jù)其衰減量是否可凋，可分為固定衰減器和可變衰減器。其主要技術(shù)指標有：衰減量L=10logPout/Pin(固定衰減器)；衰減量范圍(可變衰減器)；工作頻帶；功率容量；輸入輸出端駐波比。通常要求VSWR≤1.1。微波器件常見指標插入損耗（衰減）:是指微波系統(tǒng)中插入微波器件(如插入功分器或耦合器等)所帶來的損耗。工作頻帶：工作頻帶是指微波器件的性能參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。衰減器微波元件

二、終端元件終端元件可分為匹配負載和終端短路元件兩類。匹配負載:當傳輸線終端接有與傳輸線特性阻抗相等的負載時，則傳輸線上載行波，傳輸功率全部被負載吸收而無反射，該負載稱匹配負載。它與低頻電阻的功能也相同，所以匹配負載按其吸收功率的大小可分為小、中、大功率三類。終端短路元件:與匹配負載不同，終端短路元件相當于在其終端接有阻抗為零的元件，其實質(zhì)就是用良導體將傳輸線終端封閉呈短路面。負載器定向耦合器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。基于微帶線的微波器件微帶線定向耦合器定向耦合器微波元件三、定向耦合器定向耦合是一種具有方向性的功率耦合（分配）元件。往往由稱為主傳輸線（主線）和輔傳輸線（輔線）的兩段傳輸線組合而成。主線功率的一部分（或全部）被耦合到輔線中去；功率在輔線中只傳向某一輸出端口，另一端口則無輸出。定向耦合器的主要技術(shù)指標有：(1)耦合度Kc：Kc(dB)=10logP1/P3

式中P1—主傳輸線輸入功率；P3—輔傳輸線正方向輸出功率.顯然耦合系數(shù)Kc表示主輔傳輸線間的耦合強弱，KC越大，耦合越弱。（2）定向（度）性Kd：Kd(dB)=10logP3/P4

式中P3—輔傳輸線正方向輸出功率；P4—輔傳輸線中向P3反方向傳輸?shù)墓β?。即：耦合端“③”的輸出功率P3與隔離端“④”的輸出功率P4之比定義為定向度。理想的定向耦合器其定向性Kd等于無窮大。(3)隔離度輸入端“①”的輸入功率P1和隔離端“④”的輸出功率P4之比定義為隔離度，記作I。隔離度一般越大越好

(4)輸入駐波比端口“②、③、④”都接匹配負載時的輸入端口“①”的駐波比定義為輸入駐波比，記作ρ。

微波元件四、功分器

功率分配器簡稱為功分器，它是把輸入信號功率等分或不等分成幾路功率輸出的器件。在衛(wèi)星電視接收中，利用功率分配器，就可使用一副天線、一個室外單元和幾個接收機，同時收看衛(wèi)星傳送同頻段的多套電視節(jié)目。功分器目前有無源和有源兩種。無源功分器通常是由純微帶電路組成，有源功分器是在無源功分器的基礎(chǔ)上加入寬頻帶放大器組成的。功分器微波元件五、隔離器隔離器又稱單向器，它是一種單向傳輸電磁波的器件。當電磁波沿正向傳輸時，可將功率全部饋給負載，對來自負載的反射波則產(chǎn)生較大衰減，利用這種單向傳輸特性，在測量系統(tǒng)可將隔離器置于信號源輸出瑞，用于隔離因負載失配而沿傳輸線傳送過來的反射波，提高信號源的工作穩(wěn)定性，減小測量誤差。

隔離器對入射波(或需要傳輸?shù)姆较蛏?的衰減很小,對反射波(反方向)的衰減則很大,兩者之比值稱為“隔離度”.。若在微波源后面加隔離器，它對輸出功率的衰減量很小，但對于負載反射回來的反射波衰減量很大。這樣，可以避免因負載變化使微波源的頻率及輸出功率發(fā)生變化，即在微波源和負載間起到隔離作用。隔離器微波元件六、測量線測量線是測量駐波比的基本測試儀表波導測量線的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，它是在波導寬壁中央開一細長槽，捶入一能沿槽移動的調(diào)諧探針座構(gòu)成的。調(diào)諧探針座主要由三部分組成：探針、調(diào)諧機構(gòu)、晶體檢波二極管。探針拾取波導中的小部分能量，經(jīng)晶體二極管檢波變可低頻或直流信號，經(jīng)放大后再輸至指示儀表，沿波導軸移動探針同時記錄探針相對位置及探測信號的大小，便可確定駐波比、波導波長等。

測量線

圖4-293cm波導測量線示意圖環(huán)形器使信號單方向傳輸?shù)钠骷?。所有射頻信號以同樣的環(huán)形方向傳輸，但是只能從一個端口出去，所有射頻信號必須從它遇到的第一個端口出來。它是結(jié)合磁鐵和一種特殊類型的材料即鐵氧體來完成。指標舉例：頻率范圍：1.89～1.92GHz最大正向損耗：0.4dB最小反向損耗：20dB最大電壓駐波系數(shù)：1.2。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TE10模式經(jīng)過距離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鐵氧體移相器橫場式移相器其剖面圖如圖，其基本原理是利用外加直流磁場改變波導內(nèi)鐵氧體的導磁系數(shù)，因而改變電磁波的相速，得到不同的相移量。濾波器通信中大量使用濾波器。低頻時，常用集中的電感、電容來實現(xiàn)；微波頻段，可利用微帶線實現(xiàn)濾波器等無源器件的功能。（1）帶阻濾波器:在一定頻帶內(nèi)阻止微波信號通過構(gòu)成:由一系列終端開路的1/4波長并聯(lián)分支線,彼此相隔1/4波長工作原理:當線長為1/4波長時,終端開路線的輸入阻抗為零,這相當與主線在各分支處被短路,所以在這個頻率附近的一個頻帶內(nèi),微波無法從主線通過。微帶線濾波器

微帶線濾波器（2）

帶通濾波器:在一定頻帶內(nèi)允許微波信號通過

構(gòu)成:由一系列彼此之間有耦合的微帶線段組成,微帶線段的長度為1/2波長,線段的兩端開路(或者短路)

工作原理:1/2波長的開路線與集中參數(shù)的并聯(lián)諧振電路等效；1/2波長的短路線與集中參數(shù)的串聯(lián)諧振電路等效.故該波長對應的頻率是微帶段的諧振頻率,輸入頻率等于諧振頻率電路諧振,偏離諧振頻率則失諧,亦即具有頻率選擇性,只許某些特定頻率的微波通過.下圖中構(gòu)成帶通濾波器的微帶段彼此并不直接連接,而是通過一對四分之一波長平行微帶相耦合.選擇適當?shù)鸟詈隙仁惯@些微帶段的諧振頻率展寬為一個通頻帶(類似與LC回路耦合展寬頻帶的道理).頻率落在通帶內(nèi)的微波則順利通過,通帶外的微波則不能通過.

帶通濾波器某實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C1C3C5L2L4L6

高阻抗短線（窄線）相當于串聯(lián)電感

低阻抗短線（寬線）相當于并聯(lián)電容一段高特性阻抗傳輸線，接一低阻抗傳輸線，高低特性阻抗的傳輸線相間連接，就得到了串聯(lián)電感和并聯(lián)電容的梯形網(wǎng)絡(luò)，由此可實現(xiàn)低通濾波器。經(jīng)過計算確定每段微帶的長度、寬度，使其等效電抗值與集總元件電路中的對應電抗值的相等。C1C3C5L2L4L6微帶電路實現(xiàn)方案低通濾波器集總元件電路微帶濾波器集總元件電路低通濾波器微帶電路實現(xiàn)方案LLC（電感）（交指電容）C2C4L1L3橢圓函數(shù)式低通濾波器L2L4L5C63、低通濾波器3微帶電路實現(xiàn)方案一.微波放大器（功放和低噪放）有源元器件舉例LownoiseamplifierdesignFabricated

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