第八章微波元件

1、2022-3-41第八章 微波元件 任何一个微波系统都是由传输线及任何一个微波系统都是由传输线及许多作用不同的微波元件和微波信号源许多作用不同的微波元件和微波信号源组成。对信号进行各种组成。对信号进行各种加工和处理的元加工和处理的元件件如对信号进行如对信号进行分配、衰减分配、衰减、隔离、隔离、定向传输、相位控制、阻抗匹配定向传输、相位控制、阻抗匹配与与变换变换、波型变换波型变换、滤波等，提供这些功用的设、滤波等，提供这些功用的设备统称为备统称为微波元件微波元件。2022-3-428.1 波导中的电抗元件（波导型）波导中的电抗元件（波导型） 1. 1. 电容膜片电容膜片矩形波导窄边变窄矩形波导窄

2、边变窄1）结构）结构: 如图所示。如图所示。 图图8.1 8.1 矩形波导中的电容膜片及等效电路矩形波导中的电容膜片及等效电路立体图立体图横截面图横截面图等效电路图等效电路图2022-3-43 膜片的作用膜片的作用: 波导上、下宽壁面的壁面电流波导上、下宽壁面的壁面电流分布形状相同分布形状相同,方向相反方向相反.假定如图假定如图所示所示.则上膜片的电流流进膜片则上膜片的电流流进膜片,下下膜片的电流从膜片流出膜片的电流从膜片流出,而上下膜而上下膜片之间因有介质片之间因有介质,电流通路被截断电流通路被截断,此时相当于对该膜片此时相当于对该膜片充电充电,上膜片上膜片带正电带正电,下膜片带负电下膜片带

3、负电. 矩形波导内的电磁场分布是变化的矩形波导内的电磁场分布是变化的,即电磁场是沿纵即电磁场是沿纵向传播的向传播的,在其后某一个时刻在其后某一个时刻,上、下膜片上流过的电流上、下膜片上流过的电流方向将与刚才分析的方向相反，则上膜片带负电，下方向将与刚才分析的方向相反，则上膜片带负电，下膜片带正电，相当于膜片膜片带正电，相当于膜片放电放电。 如此周而复始，两膜片间的电场则周期性地变化，如此周而复始，两膜片间的电场则周期性地变化，其间有电场能的其间有电场能的储存与释放储存与释放。+ + + + +- - - - -+-2022-3-44 金属膜片的等效电路：金属膜片的等效电路： 容性膜片等效为一跨

4、接于双线上的电容。容性膜片等效为一跨接于双线上的电容。 对称性膜片的归一化电纳为对称性膜片的归一化电纳为（8.1.1）2、电感膜片：、电感膜片：宽边变窄宽边变窄结构：结构：bbbBp2cscln4横向图横向图3图图8.2 8.2 矩形波导中的电感膜片及等效电路矩形波导中的电感膜片及等效电路立体图立体图等效电路等效电路2022-3-45 膜片的作用：膜片的作用：磁场结构，如图所示：相对而言，有金属膜片磁场结构，如图所示：相对而言，有金属膜片的横截面上，其磁力线的密度将的横截面上，其磁力线的密度将增大增大，因磁力，因磁力线是闭合曲线。线是闭合曲线。其作用相当于在膜片之间其作用相当于在膜片之间集中了

5、磁场集中了磁场。 等效电路：等效电路：（8.1.2）电感电感aaaBP2cot22022-3-463、谐振窗：、谐振窗： 结构：结构： 等效电路：等效电路：综合电容性、电感性膜片，将综合电容性、电感性膜片，将谐振窗看成是谐振窗看成是电容性、电感性膜片的组合电容性、电感性膜片的组合，则其等效电路，则其等效电路可近似为可近似为LC并联回路。并联回路。 特性：特性： 具有谐振特性具有谐振特性 当信号频率等于谐振频率时，当信号频率等于谐振频率时，信号可无反射地通过信号可无反射地通过匹配状态匹配状态。LCf212022-3-47图图8.3 8.3 谐振窗及等效电路谐振窗及等效电路当谐振窗处于失谐状态时：

6、若工作频率小于谐当谐振窗处于失谐状态时：若工作频率小于谐振频率，并联回路呈感性；若工作频率大于谐振频率，并联回路呈感性；若工作频率大于谐振频率，并联回路呈容性。无论是哪种情况，振频率，并联回路呈容性。无论是哪种情况，都会多波导中传输的波产生较大的都会多波导中传输的波产生较大的反射反射。2022-3-48 谐振窗实用举例：谐振窗实用举例：雷达天线雷达天线收发收发开关开关 1、2分别为两个谐振窗。分别为两个谐振窗。其间进行充气处理其间进行充气处理所充气所充气体容易电离体容易电离。当雷达发射的功。当雷达发射的功率到达谐振窗率到达谐振窗1时，气体电离使时，气体电离使谐振窗成为一短路面，波将被谐振窗成为

7、一短路面，波将被反射而不进入接收机，但当工反射而不进入接收机，但当工作于接收状态时，因功率小，作于接收状态时，因功率小，不足以使气体电离，接收的信不足以使气体电离，接收的信号将无反射地穿过谐振窗口而号将无反射地穿过谐振窗口而传送到接收机。传送到接收机。工作原理：工作原理：12充气充气接收机接收机入P出P功率较大功率较大时时2022-3-49电流越小电流越小图图8.4 8.4 销钉销钉4、销钉、销钉1）结构如下：矩形波导中一根或多根垂直对穿波导宽壁的金）结构如下：矩形波导中一根或多根垂直对穿波导宽壁的金属圆棒，称为电感销钉。属圆棒，称为电感销钉。2）销钉上有电流通过，故在销钉周围产生磁场，使销钉

8、呈感）销钉上有电流通过，故在销钉周围产生磁场，使销钉呈感性电抗。销钉的直径性电抗。销钉的直径越大越大，感抗，感抗越小越小；直径越；直径越小小，感抗越，感抗越大大。 所以，（所以，（b）图的感抗比（）图的感抗比（a）图的感抗小。）图的感抗小。2022-3-4105 调谐螺钉调谐螺钉:等效电纳与插等效电纳与插入深度有关。入深度有关。实际上，螺钉插入深度都较浅实际上，螺钉插入深度都较浅考虑损耗及击考虑损耗及击穿，故调谐螺钉引入的都是穿，故调谐螺钉引入的都是容性电纳容性电纳。容性电纳。容性电纳的大小与螺钉直径、插入深度、插入位置都有关。的大小与螺钉直径、插入深度、插入位置都有关。 单螺钉单螺钉4 l4

9、 l4 l2022-3-411 在波导宽面上旋入二个或三个螺钉，在波导宽面上旋入二个或三个螺钉， 匹配原理相当于传输理论中的匹配原理相当于传输理论中的双跨线双跨线或或三跨线匹配器。三跨线匹配器。就构成就构成双螺双螺或三螺匹配器。或三螺匹配器。d1d2d2022-3-4128.2 连接元件连接元件连接元件包含连接元件包含接头接头和和转接元件转接元件。将相同传输线连接在。将相同传输线连接在一起的微波元件统称为接头。常用的接头有波导接头一起的微波元件统称为接头。常用的接头有波导接头和同轴接头。将不同传输线连接在一起的微波元件称和同轴接头。将不同传输线连接在一起的微波元件称为转接元件。为转接元件。8.

10、2 .1 波导接头（法兰）波导接头（法兰）有有平接头平接头与与抗流接头抗流接头两种两种波导平接头波导平接头优点：体积小、优点：体积小、频带宽频带宽。缺点：机械加工要求高。缺点：机械加工要求高。2022-3-413波导抗流接头波导抗流接头优点：电气性能上接触良好。优点：电气性能上接触良好。缺点：频带窄、制作困难。缺点：频带窄、制作困难。4040接触电阻接触电阻短路短路短路短路开路开路平法兰盘平法兰盘抗流法兰盘抗流法兰盘2022-3-414 抗流式接头的工作原理：抗流式接头的工作原理：a、b之间相当于之间相当于 长的短路线，长的短路线， a、b之间的之间的输入输入 电阻等于零。电阻等于零。即即a、

11、b之间在机械上并不接触，但之间在机械上并不接触，但在电气性上却保证了良好的接触。在电气性上却保证了良好的接触。abcd20ljZZintan0公式法：公式法：也可用圆图法求输入阻抗。如图所示。也可用圆图法求输入阻抗。如图所示。inZ2022-3-415l2ll 2022-3-4168.2.2 转接元件转接元件1、传输线尺寸变换器、传输线尺寸变换器图图8.7 8.7 同轴线尺寸变换器同轴线尺寸变换器特性阻抗相同，但尺寸不同的二个同轴线之间的连接即特性阻抗相同，但尺寸不同的二个同轴线之间的连接即属于传输线变换器。属于传输线变换器。突变型突变型渐变型渐变型等等效效电电路路2022-3-4172、阶梯

12、阻抗变换器、阶梯阻抗变换器图图8.8 8.8 同轴线阻抗变换器同轴线阻抗变换器结构结构等效电路等效电路单节突变单节突变多节突变多节突变多节渐变多节渐变频带窄频带窄频带宽频带宽可以做到在一定带宽内，使反射系数可以做到在一定带宽内，使反射系数比较小，基本达到匹配的目的。比较小，基本达到匹配的目的。2022-3-4183、同轴、同轴波导转接器波导转接器信号从同轴线向矩信号从同轴线向矩形波导传输形波导传输信号从矩形波导向信号从矩形波导向同轴线传输同轴线传输模10TE为了使同轴线与矩形波导相匹配，需要为了使同轴线与矩形波导相匹配，需要调节同轴线内导体的插入深度调节同轴线内导体的插入深度 、偏心、偏心距距

13、 与短路活塞位置与短路活塞位置 。hdl同轴线外导体与同轴线外导体与波导宽壁连在一波导宽壁连在一起，内导体插入起，内导体插入矩形波导中。矩形波导中。探针探针2022-3-4194、同轴、同轴微带转换器微带转换器将同轴的内导体向外延伸一小段，与微带线的中心导带搭将同轴的内导体向外延伸一小段，与微带线的中心导带搭接；将同轴线的外导体与微带线的接地板相连，就构成了接；将同轴线的外导体与微带线的接地板相连，就构成了同轴同轴微带转换器。微带转换器。2022-3-4208.3 分支元件分支元件 将一路微波信号分成将一路微波信号分成两路或多路的元件两路或多路的元件称称为为分支元件分支元件。E-T接头（接头（

14、E面分支）面分支） 结构：结构： 分支在主波导的宽边分支在主波导的宽边 上，且与上，且与TE10波的波的 分量分量平行，故称平行，故称E面分支，也称面分支，也称yEET接头接头(分支分支)，如图所示。，如图所示。191、矩形波导的、矩形波导的T形接头形接头2022-3-421 定性分析其工作特性：（定性分析其工作特性：（用电力线描述用电力线描述）令主波导的两臂令主波导的两臂1、2，以分支臂，以分支臂4为几何对称面。为几何对称面。当当TE10波从波从4口输入时，口输入时，1与与2口将有等幅反相的输出。口将有等幅反相的输出。当当TE10波从波从1、2口等幅反相输入时，口等幅反相输入时，4口有输出。

15、口有输出。当当TE10波从波从1、2口等幅同相输入时，口等幅同相输入时，4口无输出。口无输出。243142732022-3-422 等效电路：等效电路： 主波导用双线等效，则根据主波导用双线等效，则根据C），分支波），分支波导对称面处一定为电流的波节，故分支波导导对称面处一定为电流的波节，故分支波导用串联电抗等效。用串联电抗等效。jX11224+-若分支波导终接短路活塞，则串联电抗为可变电抗。若分支波导终接短路活塞，则串联电抗为可变电抗。2022-3-423H-T接头（面分支）接头（面分支） 结构：结构： 分支在主波导的窄壁上，且与分支在主波导的窄壁上，且与TE10波的波的磁力线磁力线所所在平

16、面平行，故称在平面平行，故称H面分支。也称面分支。也称H T接头接头(分支分支).162022-3-424 定性分析其工作特性定性分析其工作特性：（用电力线描述）：（用电力线描述）当当TE10波从波从3口输口输入时，入时，1口与口与2口将口将有等幅同相的输出。有等幅同相的输出。当当TE10波从波从1、2口等幅同相输入口等幅同相输入时，则时，则3口有输出。口有输出。当当TE10波从波从1、2口口等幅反相输入时，等幅反相输入时，则则3口无输出。口无输出。24xyz2022-3-425jX +_ 等效电路：等效电路： 主波导等效为主波导等效为双线双线，分支波导，分支波导等效为等效为并联双线并联双线。

17、-+根据（根据（c),则分则分支可等效为并支可等效为并联电抗。联电抗。若分支波导终接短若分支波导终接短路活塞，则串联电路活塞，则串联电抗为可变电抗。抗为可变电抗。2022-3-426双双T分支及魔分支及魔T 双双T结构结构:E T加加H T。如图所示如图所示: 除输入端口有信号输入外，其余除输入端口有信号输入外，其余端口均接匹配负载，端口均接匹配负载，24272022-3-427散射参量的定义式：散射参量的定义式：双双T有如下特性：有如下特性：4243232221212iiiiUSUSUSUSU41432321211111iiiiUSUSUSUSU4343332321313iiiiUSUSUS

18、USU4443432421414iiiiUSUSUSUSU2022-3-428 E T特性特性:当当TE10波信号由波信号由4口输入时口输入时,1、2口有等幅反相的输出。口有等幅反相的输出。即即 S14=S24 H T特性：特性：当当TE10波信号由波信号由3口输入时口输入时,1、2口有等幅同相的输出。口有等幅同相的输出。即即 S13=S23当当TE10波信号由波信号由1、2口等幅同相输入时口等幅同相输入时, 4口无输出。口无输出。 当当TE10波信号由波信号由1、2口等幅同相输入时口等幅同相输入时,3口有（和）输出。口有（和）输出。 双双T特性：特性：则则 S34=0（3、4口互相隔离）口互

19、相隔离）（7-3-1）（8-3-2）E-THT172022262022-3-429 当当TE10波信号由波信号由1、2口等幅反相输入时口等幅反相输入时, 4口有（和）输出。口有（和）输出。E-T则则 S43=0（3、4口互相隔离）口互相隔离） （8-3-3） 双双T结构：结构：对称：对称：S11=S22互易互易S12=S21S13=S31S23=S32（8-3-4）（8-3-5）当当TE10波信号由波信号由1、2口等幅反相输入时口等幅反相输入时, 3口无输出。口无输出。 H-TS14=S41S34=S43 双双T内部无内部无非非互易性介质互易性介质关于互相隔离的分析，如关于互相隔离的分析，如此

20、说并不好理解。此说并不好理解。2022-3-430关于关于3、4口互相隔离的分析：口互相隔离的分析：4口：相对于对称面而言，电口：相对于对称面而言，电场为奇对称；场为奇对称；3口：相对于对称面而言，电口：相对于对称面而言，电场为偶对称；场为偶对称； 由电磁场的激励理论：奇对称的场不可能由电磁场的激励理论：奇对称的场不可能激发起偶对称的场。因而，激发起偶对称的场。因而，3、4口互相隔离。口互相隔离。换句话说换句话说：3口的信号不可能激发起口的信号不可能激发起4口的信号；口的信号； 4口的信号也不可能激发起口的信号也不可能激发起3口的信号。口的信号。2022-3-431双双T的的S矩阵：矩阵：即（

21、8-3-6）S =S11 S12 S13 S14S21 S22 S23 S24S31 S32 S33 S34S41 S42 S43 S44S =S11 S12 S13 S14S12 S11 S13 S14S13 S13 S33 0S14 S14 0 S4424 S14=S24 S13=S23 S34=02022-3-432 魔魔T（匹配双匹配双T） 匹配特性：匹配特性： 在双在双T的接头处放入膜片、销钉之类的元件，通的接头处放入膜片、销钉之类的元件，通过调节，使过调节，使3、4口匹配，即得匹配双口匹配，即得匹配双T魔魔T。 即调即调3、4口同时匹配，则口同时匹配，则1、2口自动匹配口自动匹配。

22、其其 S参数表现为参数表现为 S11=S22=S33=S44=0 证明：设双证明：设双T是无耗的，则由是无耗的，则由S参量的么正性参量的么正性， 即即 3、4口匹配口匹配 S33=S44 = 0 展开展开S参量的么正性并整理化简得：参量的么正性并整理化简得：特性特性221 SS2022-3-433 S11=S22=0同时，还可得到同时，还可得到S12=0匹配特性证毕。匹配特性证毕。 隔离特性：隔离特性：即即3、4口互相隔离时（本身特有），有口互相隔离时（本身特有），有1、2口自动隔离。口自动隔离。 S12= S21 = 0隔离特性隔离特性平分特性平分特性互易互易S13=S14=212022-3

23、-434 平分特性：平分特性：S14=S24S13= S23 S41= S31S42=S324口入，反相等分给口入，反相等分给1、2口。口。3口入，同相等分给口入，同相等分给1、2口。口。1口入，同相等分给口入，同相等分给3、4口。口。2口入，反相等分给口入，反相等分给3、4口。口。故故（8-3-7）001100111100110021S2022-3-435魔魔T的应用：的应用： 电桥：电桥： 如如12Z1Z2匹配功率指示器匹配功率指示器当且仅当当且仅当Z1= Z2时，电桥平衡时，电桥平衡)(22134ab0421b 则匹配源匹配源2022-3-436标准移相器：标准移相器：匹配源匹配源匹配负

24、载匹配负载短路活塞短路活塞短路活塞短路活塞若保持若保持 则由则由3口输入至口输入至1、2两口两口的信号经短路活塞的信号经短路活塞全反射到对称面恰好反相叠加全反射到对称面恰好反相叠加，此时信号全部从此时信号全部从4口输出。口输出。 可以证明可以证明：4口输出的信号与口输出的信号与3口输入的信号口输入的信号之间产生了一定的相移。之间产生了一定的相移。1l2l1234EH412gll171234ljeab2022-3-437平衡混频器：平衡混频器： 、 口分别接本振信号与接收信号，在或口分别接本振信号与接收信号，在或口之后的微波管中合成。口之后的微波管中合成。完全隔离完全隔离2022-3-438 调

25、配器：调配器：LZ短路活塞短路活塞短路活塞短路活塞EH由由1 口输入的功率将平分到口输入的功率将平分到4（E）口与）口与3口（口（H），），3与与4口口均接短路活塞，信号全反射，均接短路活塞，信号全反射，调整短路活塞的位置调整短路活塞的位置，可使可使3与与4口的反射信号在口的反射信号在1口口等幅反等幅反相相消相相消，在在2口等幅同相相加口等幅同相相加。即即信号功率全被负载吸收信号功率全被负载吸收。1口的反射口的反射系数为零系数为零2022-3-4398.3.2 同轴线的分支元件同轴线的分支元件图图8.12 8.12 同轴线功率分配器同轴线功率分配器等功率分配器等功率分配器不等功率分配器不等功率

26、分配器2022-3-4408.3.3 微带功率分配器微带功率分配器2022-3-441 由由 P3 = k2 P2 设设2、3口功率分配的比例系数为口功率分配的比例系数为k2正常工作时，隔离电阻正常工作时，隔离电阻R上应无电流流过，即上应无电流流过，即 U2= U3故故(8-3-8)(8-3-9)(8-3-10)若若则则2222323RUkRU322RkR 02kZR kZR032022-3-442 2、3分支的特性阻抗：分支的特性阻抗： 2、3分支在分支在1口处的输入阻抗口处的输入阻抗 g/4 ： 为使分支处满足为使分支处满足匹配匹配的要求的要求消除分支处的反射消除分支处的反射3203322

27、022RZZRZZinin20332022001ZRZRZY(8-3-11)(8-3-12)l根据根据 长阻抗长阻抗变换器的公式变换器的公式g/4利用导纳计算利用导纳计算2022-3-443 若电路无耗若电路无耗 2、3分支的特性阻抗分支的特性阻抗 P3 = k2 P2则则U1为为1口处电压口处电压联立联立(8-5-1) (8-5-6) 式得式得2212321ininZUkZU(8-3-13)3200320021)1(kkZZkkZZ(8-3-14)2022-3-444讨论：讨论： 1、 当信号从当信号从1口输入时，口输入时，2、3口接负载电阻，口接负载电阻，若若2、3两口等电位时，两口等电位

28、时，R上无电流流过，上无电流流过，R不起不起作用；但当作用；但当2、3口所接负载不满足要求时，负口所接负载不满足要求时，负载会有反射，为使载会有反射，为使2、3口彼此隔离，口彼此隔离，R必有确必有确定的值定的值。(8-3-15)2、两分支微带线的距离不宜过大，一般为（、两分支微带线的距离不宜过大，一般为（23）w。021ZkkR推导从略推导从略这样可使跨接在两带线之间电这样可使跨接在两带线之间电阻的寄生效应尽量减小阻的寄生效应尽量减小2022-3-4458.4.1 匹配负载匹配负载图图8.14 8.14 匹配负载匹配负载矩形波导型矩形波导型同轴型同轴型微带型微带型俯视俯视图图纵纵截截面面图图2

29、022-3-446吸收片吸收片由于吸收片与电场力线平行，当由于吸收片与电场力线平行，当电场通过时，在电阻膜片上会产电场通过时，在电阻膜片上会产生感应电流，将吸收的微波能转生感应电流，将吸收的微波能转变为变为热能热能。吸收片的长度一般为几个波长。吸收片的长度一般为几个波长。尖劈形可以尖劈形可以减小反射减小反射渐变型渐变型小功小功率型率型2022-3-4478.4.2 短路器短路器接触式活塞接触式活塞矩形波导抗流式活塞矩形波导抗流式活塞波导波导活塞活塞千分尺传动装置千分尺传动装置01TE同轴线型抗流式活塞同轴线型抗流式活塞2022-3-4481 吸收式衰减器吸收式衰减器 (波导波导)其吸收片与匹配

30、负载其吸收片与匹配负载中吸收片的作用相似中吸收片的作用相似.8.5.1 衰减器衰减器可变衰减器可变衰减器吸收片吸收片可旋转可旋转2022-3-4492 截止衰减器截止衰减器截止波导截止波导： 波不能在波导内传输波不能在波导内传输波导处于波导处于截止状态。截止状态。当当 （8-5-1）（8-5-2）,c 22222)2()2(cckk2)(12ccj,c 2)(12cc0实数实数同轴线谐振腔的时候我们用过同轴线谐振腔的时候我们用过2022-3-450根据（根据（8-5-2），波在波导中传输按），波在波导中传输按衰减，由于衰减，由于无相位变化，所以截止波导可做为衰减器。无相位变化，所以截止波导可做

31、为衰减器。当当根据（根据（8-5-2）有）有即衰减常数仅与即衰减常数仅与 相关，具有相关，具有宽频带特性宽频带特性。c,c c2接匹配负载接匹配负载1P2Pl0ZR z截止波导衰减器结构示意图截止波导衰减器结构示意图圆波导圆波导11TERc41.3衰减量近似衰减量近似与与 成正比成正比lzzeelAeAAl68. 8lg10002）（2022-3-4513 旋转式极化衰减器旋转式极化衰减器 方方-圆过渡段圆过渡段圆圆-方过渡段方过渡段EE1）结构：由三段波导构成）结构：由三段波导构成中间段为可中间段为可旋转段旋转段。10TE11TE10TE4吸收片吸收片可旋转圆波导段可旋转圆波导段吸收片吸收片

32、吸收片吸收吸收片吸收电场与其平电场与其平行的分量行的分量2022-3-4522、工作原理：、工作原理： 由矩形波导输入的由矩形波导输入的TE10波，经方波，经方圆波导转圆波导转换成圆波导中的换成圆波导中的TE11波。波。 吸收片吸收片1、3与水平面平行，吸收片与水平面平行，吸收片2与水平面有一夹角与水平面有一夹角。 方方圆过渡段：圆过渡段： TE11波的波的E1垂直吸收片垂直吸收片1，故能量不被吸收地进入圆波导段。故能量不被吸收地进入圆波导段。 圆波导段：吸收片圆波导段：吸收片2与水平面有一夹角与水平面有一夹角，将将E1分解成与吸收片分解成与吸收片2垂直的垂直的E分量和与吸分量和与吸收片收片2

33、平行的分量平行的分量E-分量，即分量，即（8-5-3） E分量不受衰减地通过，而分量不受衰减地通过，而E- 分量将被吸收。分量将被吸收。cos1EE sin1EE 2022-3-453 圆圆方过渡段：方过渡段： 吸收片吸收片3与水平面平行，再将与水平面平行，再将E分解成垂分解成垂直分量直分量E和平行分量和平行分量E- 。 E垂直分量无衰垂直分量无衰减地通过。减地通过。（8-5-4） 故衰减量为：故衰减量为：（8-5-5）即即（8-5-6）21coscosEEEEEEEPPA12121lg20lg10lg10coslg40A2功率正比于电场的平方功率正比于电场的平方2022-3-4548.5.2

34、 移相器移相器均匀传输线上相距为均匀传输线上相距为l的两点之间的相位差为的两点之间的相位差为llp212（8-5-7）改变传输线的长度改变传输线的长度l或改变相位常数或改变相位常数 都可以做成移相器。都可以做成移相器。介质片介质片平行分量，传播速度变慢。平行分量，传播速度变慢。垂直分量垂直分量tE移相片移相片圆波导圆波导nEtE模11TEtEnE452022-3-4558.7 定向耦合器定向耦合器 定向定向耦合器是一种有耦合器是一种有方向性方向性的功率耦的功率耦合元件。合元件。 定向耦合器按传输线的不同，可分为定向耦合器按传输线的不同，可分为波波导型导型、平行双线型、微带型等。、平行双线型、微

35、带型等。 波导定向耦合器按波导定向耦合器按耦合方式耦合方式分有分有单孔单孔、双孔、十字槽孔双孔、十字槽孔定向耦合器。定向耦合器。2022-3-456 8.16 8.16 定向耦合器定向耦合器2022-3-457如图：属平行双如图：属平行双线定向耦合器，线定向耦合器，是四端口网络。是四端口网络。：输入端口；：输入端口；：直通端口；：直通端口；： 耦合端口；耦合端口；：隔离端口。：隔离端口。 信号从信号从 口输入，、口输入，、口均接匹配负载。口均接匹配负载。8.6.1 定向耦合器的技术指标定向耦合器的技术指标2022-3-458一、技术指标：一、技术指标： 耦合度耦合度C： 定义：定义：)(lg1

36、0lg1031dBPPPPC耦入 耦合度耦合度“ C ”与散射参量的关系：与散射参量的关系：定向耦合器内无非可逆性介质，是可逆四端口网络。定向耦合器内无非可逆性介质，是可逆四端口网络。31S S13即1131313iiUSUSU 211323321212121ii1USUP UP 又(dB) SPPC 31131lg20lg102022-3-459 定向耦合器按耦合度分类：定向耦合器按耦合度分类：v C = 010 dB 强耦合强耦合v C = 1020 dB 中等耦合中等耦合v C 20 dB 弱耦合弱耦合 定向性定向性 D ：理想情况下，隔离端口理想情况下，隔离端口“ 4 ”应无输出功率；

37、应无输出功率；实际上，隔离端口实际上，隔离端口 “ 4 ”总有一定功率输出。总有一定功率输出。2022-3-460 定义：定义： (dB) SSSSPPD413124123143lg20lg10lg10 讨论：讨论： D 愈大愈大 ， 愈小，愈小， 定向性愈好；定向性愈好； 理想情况下，理想情况下， 实际上，实际上，D D min .4P.D P,04对某一定向耦合器，要求它的方向性对某一定向耦合器，要求它的方向性至少应大于某一最小值至少应大于某一最小值)20(dB2022-3-461 输入驻波比输入驻波比:11111111min1max11111SSUUUUUUii 工作频带宽度：工作频带宽

38、度：对于某一定向耦合器，当对于某一定向耦合器，当 C 、D 、 都满足都满足其给定的批标时，其相应的工作频率有一定其给定的批标时，其相应的工作频率有一定的范围的范围 f1f2 ,则工作频带宽度为则工作频带宽度为21fff2022-3-462波导型定向耦合器：波导型定向耦合器： 分类：按耦合方式分分类：按耦合方式分单孔、双孔、多孔（圆）、十字孔定向耦合器。单孔、双孔、多孔（圆）、十字孔定向耦合器。 窄壁双孔定向耦合器：窄壁双孔定向耦合器： 结构：结构： 在两个波导的公共窄壁上开有相距为在两个波导的公共窄壁上开有相距为 的两个形状、尺寸完全相同的耦的两个形状、尺寸完全相同的耦合合小圆孔小圆孔。40

39、pd1234主主副副123440pd2022-3-463在波导窄壁在波导窄壁 处取处取一小平纵截面，如图一小平纵截面，如图2b 工作原理：工作原理： 口输入信号，口输入信号， 、口均接匹配负载、口均接匹配负载 TE10波由波由1口输入，在第一个小孔处波的幅度用口输入，在第一个小孔处波的幅度用 表示，并设表示，并设向向3、4两口传输，其幅度分别用两口传输，其幅度分别用 、 表示，表示，1iU, 11iU经第一个小孔耦合到经第一个小孔耦合到副副波导，波导，f1bB B1由于耦合孔由于耦合孔很小很小，则经第一个小孔后，我们近似认为，则经第一个小孔后，我们近似认为主波导中的主波导中的TE10波的幅度仍

40、然是波的幅度仍然是 ，经第二个小孔经第二个小孔1iU1T22fbB B11fbB B1iU1iUd2T2022-3-464面1T面2T再次再次1T2T耦合到副波导中，耦合到副波导中，其幅度分别为其幅度分别为 、,22fbB B因因两个耦合孔的形状、两个耦合孔的形状、 尺寸完全相同尺寸完全相同，故，故其幅其幅度与第一个孔的相等度与第一个孔的相等。22fbB B11fbB B1 iU1 iUdfdjfdjfdjfBjeBeBeBB2212130212214bbdjbbBBeBBB以上推导是基于以上推导是基于 而得而得到的。是一种到的。是一种理想情况理想情况。2420pd由于耦合端口由于耦合端口3

41、的输出波与的输出波与1 口的输入波方向相同，口的输入波方向相同，故又称故又称正向定向耦合器正向定向耦合器。2022-3-465 TE10波从波从 2 端口输入：端口输入：1、3、4均接匹配负载均接匹配负载 则则 4 口有耦合信号口有耦合信号耦合口耦合口； 3 口无信号输出口无信号输出隔离口隔离口。 双孔定向耦合器的缺点：双孔定向耦合器的缺点：频带窄频带窄。 当当 时，则时，则 B4有输出，定向性指标有输出，定向性指标 D 变小。变小。增宽频带的措施：增宽频带的措施： 多孔定向耦合器。多孔定向耦合器。0ppd2主主副副12342022-3-4668.6.2 混合环混合环 图图8.18 8.18

42、混合环混合环 结构结构: 如图如图,在一周长为在一周长为1.5的圆环形的微带线的圆环形的微带线上开四个端口上开四个端口. 微带线环行器的微带线环行器的实质实质:定向耦合器定向耦合器2022-3-467 工作原理工作原理: 当信号由当信号由1口输入口输入,其余端口其余端口均匹配时均匹配时,2、4口有等幅同相输口有等幅同相输出出(相位滞后相位滞后900），），3口无输出。口无输出。 当信号由当信号由2口输入时，口输入时，1 (相位滞后相位滞后900）、）、 3 (相位滞后相位滞后2700）口等幅反相输出口等幅反相输出，4口无输出。口无输出。0),(21312141SjSS0,21),(214232

43、12SjSjS2022-3-468 当信号由当信号由3口输入时，口输入时，2、4口等幅反相输出，口等幅反相输出，1口无输出口无输出。 当信号由当信号由4口输入时，口输入时，1、3口等幅同相输出，口等幅同相输出，2口口无输出。无输出。)(21,21,0432313jSjSS0),(21),(21243414SjSjS0000000021jjjjjjjjS理想情况下，它的理想情况下，它的4个端口完全匹配。其散射个端口完全匹配。其散射矩阵为：矩阵为：2022-3-469 环行器的应用环行器的应用混频器：混频器： 本振信号本振信号从从4口输入，口输入，2、3口口得到得到等幅等幅反相反相的的信号，信号，接收信号接收信号从从1口输入，口输入，2、3口得到口得到等幅同等幅同相相的信号。的信号。 即本振信号即本振信号等幅反相等幅反相加于两个混频管，接收信号加于两个混频管，接收信号等幅同相加等幅同相加于两个混频管于两个混频管构成构成反相平衡混频器反相平衡混频器。优点：优点：抑制本振的偶次谐波分量抑制本振的偶次谐波分量。本振本振信号信号中频中频中频中频接收接收信号信号2022-3-470四、分支定向耦合器：四、分