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微波电路简介1 微波电路简介1.1微波无源器件微波无源器件由传输线的组合构成。 除了微波传输线以外，微波无源电路主要有功率分配器，定向耦合器，环行器，滤波器，隔离器，均衡器，短路器，衰减器，极化器，吸收负载，天线等无源器件。我们在这里主要介绍其中主要类型。一定向耦合器定向耦合器是常用无源微波器件.可以作为信号的检测，合成及耦合使用。如图1-4分别为微带环形定向耦合器；侧耦合定向耦合器；矩形微带定向耦合器和波导定向耦合器。定向耦合器一般有四个端口。如图4中的波导定向耦合器，如信号由1端口输入，则2端口为信号的主通道，3端口为1端口的耦合端，而4端口则是隔离端口。图4.1 侧耦合侧耦合侧耦图2环行定向耦合器图3矩形微带定向耦合器1423图4波导定向耦合器二滤波器滤波器是典型的常用的无源微波网络器件，在微波电路中占有重要的地位。滤波器从响应函数的角度可以分为最大平滑式，等波纹式和椭圆函数滤波器三种。从结构上可以分为微带，波导和同轴腔体等结构的滤波器。由信号的导通或截止可以分为高通，低通和带通滤波器。如图5为侧边耦合微带带通滤波器。图6为一种简单的椭圆函数滤波器。图5侧边耦合微带滤波器图6微带滤波器图6为波导膜片滤波器。由微带构成的谐振电路Q值一般小于波导腔体的Q值，所以微带滤波器的插入损耗一般要大于波导腔体滤波器。 图7波导膜片滤波器三微波功率分配器虽然定向耦合器在一定情况下具有功率分配的作用，但是原则上定向耦合器是一四端口器件。功率分配功能可以由一三端口器件来完成。如图8为Wilkinson功率分配器/合成器。由2,3端口输入的功率可以无反射地传输到1端口。相反由1端口输入的微波功率123图8Wilkinson功率分配器/合成器可以在2,3端口分为二路。如电路上下是对称的，则射频功率在2，3端口是平分的。微波功分配器还有其他许多种类。四微波阻抗匹配器。阻抗匹配是许多微波电路的基本要求。常常在系统中是一项重要指标，对系统性能有重大影响。图9是一波导阻抗匹配器;图10是微带电路匹配器。12图9是一波导阻抗匹配器图10微带电路匹配器图11的波导魔T是一重要的波导四端口器件。在波导网络波导微波信号处理中有重要的作用。如由1端口进入的微波信号，可同相分配到2,3端口。而对4端口是隔离的。由4端口进入的微波信号，可反相分配到2,3端口。而对1端口是隔离的。1 234 图11波导魔T图12是波导到同轴线的转换电路。它也属于阻抗一种阻抗匹配电路。在传输较大功率时常用到此种过渡结构。图12波导到同轴线的转换电路五微波吸收负载微波吸收负载，特别是宽带吸收负载在微波测量中具有重要作用。图13为波导吸收负载。在微波测量中常用到宽带同轴线负载。吸波材料图13波导吸收负载六腔体与微波谐振电路微波腔体是微波振荡电路的重要组成部分。它可以是金属腔体也可以是介质腔体。（a） (b) (c) (d) (e) 图14各种类型的微波谐振电路图14中（a），(b)是金属谐振腔， (c)为介质谐振电路；(d)，(e)分别为矩形和圆形微带谐振电路。七微波振荡源图15是一基于同轴谐振腔体的微波振荡源。其中的振荡管为雪崩二极管。也可以使用Gunn二极管做成振荡源，频谱较雪崩二极管纯但输出功率较小。图16是一基于介质谐振电路的微波振荡源。射频输入图15基于雪崩二极管的同轴谐振腔体的微波振荡源图16基于介质谐振电路的微波振荡源，其中的振荡管为场效应三极管八微波混频器/变频电路中频输出本振输入射频输入图17微波混频器应用半导体器件的非线性特性，可以进行微波电路中的频率变换，以方便信号的进一步处理。研究出变换损耗小，具有宽带变频特性的混频器、变频电路是人们的努力方向。图17为用变频二极管构成的微带微波混频器 倍频电路的例子，选自IEEE MTTT, VOL. 51, NO. 5, MAY 2003 14491454九微波放大器微波放大器是最基本的也是重要的微波有源电路。其中的三极管为微波场效应三极管。在适当设计微波场效应三极管的栅极和漏极匹配电路后，在适当的电流偏置下，使微波场效应三极管工作在线性增益工作区，放大器将对栅极输入的微波信号产生放大作用。微波信号输入微波信号输出栅极偏置漏极电源图18微波场效应三极管放大器十微波开关利用PIN二极管在不同的偏置电流下，其阻抗产生很大的变化，可以做成微波开关。如图在不同的偏置电压Va，Vb下两个PIN二极管可以处于导通和截止状态，这样就可控制微波信号流经13或23通道。同样也可以用场效应三极管的截止和导通来构造微波开关。PIN 二极管 1 23VaVb图19由微波PIN三极管构成的微波开关。上图的微波开关电路为单刀双指微波开关电路。用相同的方法可以构造单刀多指或多刀多指微波开关电路。十一。使用集总参数的微波放大器 73.03 1.32nH 100pF24.038.74nH 0.65pF 图20由集总参数元件构成的2GHz放大器，可以提供6dBr 增益 值得指出的是，近年来具有一定功能的微波部件，巳经以集成电路的形式出现。与分离器件相比，它们具有体积小，电性能高，可靠性高和使用方便的特点。甚至于整个微波系统都集成在一个系统上称为SOC(System on single Chip)，也已问世. 但是分离微波电路仍是微波电路的理论基础。 参考文献： 1 李宗谦等，微波工程基础，清华大学出版社，2004，北京2 Max W.Medley,Jr., Microwave and RF Circuits: Analysis, Synthesis and Design, ARTECH HOUSE,INC. 19933 薛良金，毫米波工程基础，哈尔滨工业大学出版社，20044Quan Xue, Kam Man Shum and Chi Hou Chan Low Conversion-Los