电磁场与微波技术教学课件第六章

1、第六章 基本微波无源元件6.1 终终端端负载负载 匹配负载几乎能够无反射地吸收入射波的全部功率，在微匹配负载几乎能够无反射地吸收入射波的全部功率，在微波传输系统中建立起行波工作状态波传输系统中建立起行波工作状态. . 终端负载是一种单端口元件，常用的有匹配负载、开路负载终端负载是一种单端口元件，常用的有匹配负载、开路负载和短路负载，可变短路器通过调节长度即可实现短路和开路，这和短路负载，可变短路器通过调节长度即可实现短路和开路，这些终端负载一般用于实验室，以测量微波元件的阻抗和散射参量些终端负载一般用于实验室，以测量微波元件的阻抗和散射参量。6.1.1 匹配匹配负载负载图6.1-1矩形波导式匹

2、配负载 图6.1-2同轴线式匹配负载图6.1-3微带线式匹配负载6.1.1 匹配匹配负载负载6.1.2 短路活塞短路活塞 短路活塞是可调的电抗性负载，可以在终端产生全反射，短路活塞是可调的电抗性负载，可以在终端产生全反射，在传输系统中建立驻波。反射波的相位随短路活塞的位置而变在传输系统中建立驻波。反射波的相位随短路活塞的位置而变化，因而，改变短路活塞的位置，就相当于改变终端负载的电化，因而，改变短路活塞的位置，就相当于改变终端负载的电抗。短路活塞有波导型和同轴线型，工作方式有接触式和扼流抗。短路活塞有波导型和同轴线型，工作方式有接触式和扼流式。式。6.2 电电抗元件抗元件6.2.1 膜片膜片图

3、6-5 对称型容性膜片 膜片是波导中常见的电抗元件。膜片可以看作是厚度远膜片是波导中常见的电抗元件。膜片可以看作是厚度远远小于工作波长的理想导体，根据在波导中所放置的位置，远小于工作波长的理想导体，根据在波导中所放置的位置，有容性膜片和感性膜片。有容性膜片和感性膜片。图6-6 非对称型容性膜片图6-7 容性膜片的等效电路图6.2-6 非对称型感性膜片 图6.2-7 感性膜片等效电路6.2.1 膜片膜片6.2.2 谐谐振窗振窗将感性膜片和容性膜片组合在一起，即构成谐振窗将感性膜片和容性膜片组合在一起，即构成谐振窗4/4/2222abab6.3 分支元件分支元件6.3.1 t型接型接头头 在微波工

4、程中，需要将一路功率分配给若干个分支，或者将在微波工程中，需要将一路功率分配给若干个分支，或者将几路功率合成为一路。根据传输线类型，分支元件有几路功率合成为一路。根据传输线类型，分支元件有t t型接头、型接头、魔魔t t接头、微带线功分器、同轴线型功分器等接头、微带线功分器、同轴线型功分器等。 t t型接头有型接头有e-te-t型和型和h-th-t型两种，是三分支元件。分支波导型两种，是三分支元件。分支波导与主波导相垂直，形如与主波导相垂直，形如“t”t”。若分支平面与电场所在平面平。若分支平面与电场所在平面平行，称为行，称为e-te-t接头；如果分支平面与磁场所在平面平行，称为接头；如果分支

5、平面与磁场所在平面平行，称为h-th-t接头，分别如图所示。接头，分别如图所示。6.3.2 双双t型接型接头头6.3.3 微微带带功分器功分器 微带功分器广泛应用于平面印刷电路和天线阵列。图微带功分器广泛应用于平面印刷电路和天线阵列。图6-6-2020是一个是一个t t型微带功分器，输入端微带线特性阻抗型微带功分器，输入端微带线特性阻抗 ，1 1、2 2输出端口微带线特性阻抗分别为输出端口微带线特性阻抗分别为 和和 ，其等效电路如图，其等效电路如图6-216-21所示，一般来说在每个节的不连续处存在杂散场和高阶所示，一般来说在每个节的不连续处存在杂散场和高阶模，可等效为电纳模，可等效为电纳jb

6、jb。那么微带节处的输入导纳为。那么微带节处的输入导纳为 cz1cz2cz图6-20 t型微带功分器 图6.-21 t型微带功分器等效电路 如果在微带节处并联一适当电阻如果在微带节处并联一适当电阻r r，可以使两个输出端口隔离，可以使两个输出端口隔离；同时若保持各端口匹配，则叫做；同时若保持各端口匹配，则叫做wilkinsonwilkinson功分器。图功分器。图6.4-86.4-8是是等分的等分的wilkinsonwilkinson功分器（即输出功率分配比例为功分器（即输出功率分配比例为1:11:1），它所满），它所满足的条件是足的条件是1222cccczzzrz6.3.3 微微带带功分器功

7、分器6.4 定向耦合器定向耦合器 定向耦合器是一种具有方向性的功率分配元件，由主线和副线组定向耦合器是一种具有方向性的功率分配元件，由主线和副线组成。是一种用途广泛的微波元件，耦合出来的能量可用作信号源功率成。是一种用途广泛的微波元件，耦合出来的能量可用作信号源功率、频率检测，进行功率的分配与合成，作固定衰减器，还可用于自动、频率检测，进行功率的分配与合成，作固定衰减器，还可用于自动增益控制、平衡放大器、调相器、反射计和阻抗电桥等微波测量系统增益控制、平衡放大器、调相器、反射计和阻抗电桥等微波测量系统中。中。（1 1）耦合度）耦合度c c：主线中的输入功率与耦合到副线中的输出功率：主线中的输入

8、功率与耦合到副线中的输出功率之比。用之比。用dbdb表示为表示为23131|1lg10lg10sppc(db)（2 2）方向性系数）方向性系数d d：副线中的输出功率与隔离端的输出功率之：副线中的输出功率与隔离端的输出功率之比。用比。用dbdb表示为表示为24123143|lg1010ssppd(db)（3 3）隔离度）隔离度i i：主线中的输入功率与隔离端的输出功率之比，：主线中的输入功率与隔离端的输出功率之比，用用dbdb表示为表示为1244111010lg|pips(db)（4 4）输入驻波比）输入驻波比 ，当其余，当其余3 3个端口接匹配负载时，主线中个端口接匹配负载时，主线中输入端的

9、驻波比，即输入端的驻波比，即|1|11111ss6.4 定向耦合器定向耦合器6.5 滤滤波器波器 微波滤波器是一种频率选择元件，被广泛应用于微波滤波器是一种频率选择元件，被广泛应用于微波通信、雷达和测量等系统中。微波滤波器的作微波通信、雷达和测量等系统中。微波滤波器的作用是使所要求频率范围内的信号通过，而阻止其余用是使所要求频率范围内的信号通过，而阻止其余频率的信号。滤波器是一个二端口网络，其特性一频率的信号。滤波器是一个二端口网络，其特性一般用插入损耗来表示。当两个端口接匹配负载时，般用插入损耗来表示。当两个端口接匹配负载时，滤波器的插入损耗为滤波器的插入损耗为2212110|lg| 20|

10、lg|(db)lss图6-28 低通滤波器 图6-29 高通滤波器图6.5-3带阻滤波器 图6.5-4带通滤波器6.5 滤滤波器波器 但是实际上在通带和阻带内都有一定损耗，图但是实际上在通带和阻带内都有一定损耗，图6-32 6-32 是一是一种实际的低通滤波器的衰减特性种实际的低通滤波器的衰减特性. .图6-32 一种实际低通滤波器的衰减特性6.5 滤滤波器波器6-33 波导带阻滤波器及其等效电路6-34 微带线型低通滤波器6.5 滤滤波器波器6.6 隔离器隔离器 隔离器是一种单向传输器件，它使正向波顺利通过，衰减隔离器是一种单向传输器件，它使正向波顺利通过，衰减一般小于一般小于1db1db，

11、使反向波绝大部分被衰减，一般在，使反向波绝大部分被衰减，一般在20db20db以上。反以上。反向衰减和正向衰减之比叫做隔离比，隔离比越大约好向衰减和正向衰减之比叫做隔离比，隔离比越大约好。6.7 衰减器衰减器 衰减器是用来改变传输信号的幅度的器件，有固定和可变两衰减器是用来改变传输信号的幅度的器件，有固定和可变两种。根据工作原理，微波衰减器有吸收式、旋转式、截止式，以种。根据工作原理，微波衰减器有吸收式、旋转式、截止式，以及电调式等。及电调式等。图6.7-1 吸收式衰减器 图6.7-2 旋转式衰减器n移相器是用来改变传输信号的相位的器件。要求其相移相器是用来改变传输信号的相位的器件。要求其相移

12、量可以调节，但不能产生衰减。主要用于相控阵天移量可以调节，但不能产生衰减。主要用于相控阵天线，也用于其它需要改变电磁波极化方式的场合。移线，也用于其它需要改变电磁波极化方式的场合。移相器有固定式和可变式两种。相器有固定式和可变式两种。6.8 移相器移相器由相移量由相移量 可见，改变相移的途径有两种：可见，改变相移的途径有两种：1.1.改变传输线长度改变传输线长度l l。2.2.改变传输线的相位常数改变传输线的相位常数 l6.9 阻抗阻抗变换变换器器 在微波传输线的负载不匹配，或者不同特性阻抗的传输线相在微波传输线的负载不匹配，或者不同特性阻抗的传输线相连时，由于产生反射，使损耗增加、功率容量减小、效率降低。连时，由于产生反射，使损耗增加、功率容量减小、效率降低。为了解决这些问题，可在