微波技术基础_5_微波元器件

1、北京交通大学Beijing Jiaotong University微波技术基础微波技术基础 微波元器件微波元器件北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University引言按传输

2、线型式分：1.波导型，2.同轴型，3.微带型按功能分： 1.连接元件，2.终端元件，3.匹配元件，4.衰减元件，5.相移元件，6.分路元件，7.波形变换元件，8.滤波元件按变换性质分： 1.互易元件，2.非互易元件，3.非线性元件按端口分：一、二、三、四、 等等。北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University微波电路中，电抗元件的基本结构都是利用微波传输线中结构尺寸的不连

3、续性组成的。可以采用等效电路的方法处理不连续性问题。不连续性引起的损耗很小，因此不连续性的等效电路是电感、电容、理想变压器和无耗传输线段以及它们的组合。电抗元件包括电感器和电容器。电感器是指能够集中磁场和存储磁能的元件；电容器是指能够集中电场和存储电能的元件。北京交通大学Beijing Jiaotong University一. 电容膜片在矩形波导的横向放置一块金属膜片，在其上对称或不对称之处开一个与波导宽壁尺寸相同的窄长窗口。膜片可改变波导内的电场分布规律而产生电容效应，相当于在横截面处并接一个电容器。电容性膜片电容性膜片jB北京交通大学Beijing Jiaotong University

4、电纳的近似计算公式：bdYbBp2cscln40二、电感膜片二、电感膜片在波导窄壁上放置金属膜片，会使波导宽壁上的电流产生分流，在膜片的附近产生磁场，并存储一部分磁能，这种膜片称为电感膜片。北京交通大学Beijing Jiaotong UniversityBaYdap 022ctg电感性膜片对主模TE10, 其磁力线是平行于宽边的闭合曲线, 膜片的置入将改变波导内磁场的分布规律而产生电感效应，相当于在传输线上并联一个感性电纳。电纳的近似计算公式：北京交通大学Beijing Jiaotong University电容膜片和电感膜片组合而形成谐振窗。谐振窗对某一固定频率产生谐振，即当工作频率等于谐

5、振频率时，电磁波可以无反射地通过。其等效电路相当于并联谐振回路。谐振窗及其等效电路谐振窗及其等效电路3.谐振窗北京交通大学Beijing Jiaotong University当工作频率等于谐振频率时，并联电纳为零，信号可以无反射地通过，即为匹配状态；当工作频率低于谐振频率时，谐振窗呈感性，磁场储能占优势；当工作频率高于谐振频率时，谐振窗呈容性，电场储能占优势。北京交通大学Beijing Jiaotong University4.销钉销钉由金属细圆杆对穿波导宽壁或窄壁构成；销钉的工作原理与膜片类似。 (a) (b) a）容性销钉 b）感性销钉电感销钉的电纳与销钉的粗细及根数有关，销钉越粗，电感

6、电纳越大，根数越多，电纳越大。北京交通大学Beijing Jiaotong University在微波系统中，往往要将传输功率分成两路或更多路，或将几路功率合成一路，以获得最大功率。三端口分路 / 合成元件可用于完成这个任务。常用的波导T接头(又称T形分支)有ET分支、 HT分支。HE北京交通大学Beijing Jiaotong University若分支宽面与TE10模式的电场所在的平面平行，即分支波导在主平面的宽壁上，称为ET分支(串联分支)；E1. ET接头接头 , 对臂是几何对称的。设各端口波导中只有TE10模传输，且各输出端口接匹配负载。则:1) 信号由端口输入时，端口 ,有同相输出

7、；北京交通大学Beijing Jiaotong University 3) 当信号由端口输入时，端口 、 有等幅反相输出；2) 信号由端口输入时，端口、 有同相输出；4) 当信号由端口 、 同相输入时，端口输出最小, 为二者之差；若由端口 、 输入的信号既同相又等幅，则端口输出为零。对称面处在电场驻波波腹点。5) 当信号由端口 、 反相输入时，端口输出最大, 为二者之和。对称面处在电场驻波波节点。 北京交通大学Beijing Jiaotong UniversityE-T接头的 S 矩阵 互易：si j=sj i ( i , j=1, 2, 3; i j ) ； 、 口对称：s11=s22； 由

8、口输入时, 、 口等幅反相输出: s13=- s23 。故:331313131112131211sssssssssSTE北京交通大学Beijing Jiaotong University若分支宽面与TE10模的磁场所在的平面平行, 即分支波导接在主波导的窄壁上，称为HT分支(并联分支)。当信号由端口输入时，端口 、 有同相输出；当信号由端口 输入时，端口 、 有等幅同相输出；2. HT接头（4）北京交通大学Beijing Jiaotong University3) 当信号由端口 、 同相输入时，端口 输出最大, 为二者之和。对称面处在电场驻波波腹点。4) 当信号由端口 、 反相输入时，端口输出

9、最小, 为二者之差；若由端口 、 输入的信号既反相又等幅，则端口输出为零。对称面处在电场驻波波节点。北京交通大学Beijing Jiaotong University H-T接头的 S 矩阵与E-T接头相似，不同之处在于s13=s23 。即:331313131112131211sssssssssSTH北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University北京交通大学Beijing

10、 Jiaotong University在微波技术中，将相同传输线连接在一起的装置统称为接头。常用的接头有同轴接头和波导接头.不同类型的传输线连接在一起的装置称为转接元件，又称作转换接头。常用的有同轴线与波导、同轴线与微带线、波导与微带线间的转接元件。一、接头对接头的基本要求是：连接点接触可靠，不引起电磁波的反射，输入驻波比尽可能小，一般在1.2以下；工作频带要宽；电磁能量无泄漏；结构牢固，装拆方便，易于加工等。北京交通大学Beijing Jiaotong University典型的矩形波导接头（法兰）有平接头和 抗流接头两种。1.平接头平接头优点是体积小，工作频段宽，但接触面要加工平整、光洁

11、、精度高，两个平接头连接时，要保证两者之间相互对准和良好的机械接触，否则会产生反射和微波功率泄露和打火.北京交通大学Beijing Jiaotong University2.抗流接头抗流接头在连接两段波导的任意一个平接头上开有槽深为0/4的圆槽，圆槽与宽壁的中心的距离也为0/4，由于1和2是处于半波长短路线的输入端，Z12=0，两段波导的宽壁虽无机械接触，但有良好的电接触。抗流接头工作频段较窄，一般用于大功率系统。北京交通大学Beijing Jiaotong University二、转接元件n在将不同类型的传输线或元件连接时，不仅要考虑阻抗匹配，而且还应该考虑模式的变换。 1.同轴线波导转换器

12、 n连接同轴线与波导的元件，称为同轴线波导转换器，它将同轴线一端的内导体深入矩形波导中，同轴线的TEM模会激励起矩形波导中的TE10模，反之亦然，从而实现了模式变换。同轴线波导 北京交通大学Beijing Jiaotong University2.波导微带转接器 n矩形波导的等效阻抗通常在300400欧姆，微带特性阻抗一般为50欧姆，且矩形波导的高度b比微带线衬底的厚度h大很多，因此两种传输线不能直接相接。n通常在波导和微带线之间加一段脊波导过渡段来实现阻抗匹配。波导微带 北京交通大学Beijing Jiaotong University3.同轴线微带转接器n将同轴线的内导体向外延伸一小段与微

13、带线的中心导带搭接连接，同轴线的外导体与微带线的接地平面相连的外壳通过法兰相连。n在10GHz以下的频率范围内，可得到小于1.15的驻波比。在一般工程中应用得到满意的结果。同轴线微带 北京交通大学Beijing Jiaotong University4.矩形波导圆波导模式变换器 n矩形波导圆波导模式变换器，大多采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换。TE10TE11模式变换器模式变换器北京交通大学Beijing Jiaotong UniversityH10H01模式变换器模式变换器圆波导中H01模损耗低，可作远距离传输线。常用这种变换器将矩形波导的元器件与圆波导元器件相连。北京交通大学Bei

14、jing Jiaotong University终接元件n传输线终端所接元件称为终接元件，常用的终接元件有匹配负载和短路器两种。匹配负载和短路器都属于一端口网络。n匹配负载将所有的电磁能量全部吸收而无反射(=1,=0)，解决波反射和吸收两者之间的矛盾 ；而短路负载是将所有的电磁能量全部反射回去，一点能量也不吸收（=，|=1），解决理想短路和活动间隙之间的矛盾。北京交通大学Beijing Jiaotong University1.全匹配负载全匹配负载是接在传输系统终端的单端口微波元件，它能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。当需要在传输系统工作于行波状态时，要用到匹配负载。对匹配负载的基本要求是：

15、有较宽的工作频带； 输入驻波比小和一定的功率容量。 根据所吸收功率的大小，分为低功率负载（小于1w）和高功率负载（大于1w）。北京交通大学Beijing Jiaotong University低功率负载为一段终端短路的波导，在其里面沿电场方向放置一块或数块劈形吸收片或楔形吸收体。劈形吸收片劈形吸收片楔形吸收体楔形吸收体高功率负载需要考虑热量的吸收和发散，吸收体通常为水，由水的流动携带出热量，又称水负载。北京交通大学Beijing Jiaotong Universityg / 2g / 4CAB 劈形吸收片长度为g /2的整数倍可实现无反射的原理: 如图, A、B两点相距g /4, 在A、B两点

16、处都产生反射波，但B点处的反射波回到A点时, 与A点 的反射波的行程差为g /2，相位相差 , 两者相互抵消，总反射系数为零。扩大到整个斜面，把吸收片分为AB、BC两部分，在AB段上任一点总能在BC段上找到与之相距g /4的对应点，这两点的反射波互相抵消。于是，整个吸收片可无反射而实现全匹配。 北京交通大学Beijing Jiaotong University2.短路负载n短路负载又称为短路器，它的作用是将电磁能量全部反射回去。将同轴线和波导终端短路，即分别成为同轴线和波导固定短路器。 在某些微波系统和微波测量仪器中，常采用短路面可以移动的短路负载，称为短路活塞。要求有良好的电接触。接触处的损

17、耗小，|G|接近于1； 活塞移动时，接触处损耗变化小； 传输大功率时，接触处不发生打火。可调短路活塞相当于长线中长度可调的短路线段或短路单跨线。北京交通大学Beijing Jiaotong University短路活塞按传输线形式分有同轴线型和波导型；按结构分有接触式和扼流式。接触式由于接触点的频繁移动容易使波导内壁磨损，且在大功率时，易发生跳火现象。扼流式利用长度为p/4的变换器，构成了等效短路面。(a)、(b)分别为波导型、同轴线型的山字型短路活塞北京交通大学Beijing Jiaotong University扼流结构的基本原理：利用lg /4线的阻抗变换性，把有高频电流流过、需要有良好

18、电接触的地方，恰好安排在电压波节处(即电流波腹处)，从而得到等效短路；与此同时，把可能产生损耗或可能有功率漏出的地方，恰好安排在电流波节处，从而避免损耗和漏出功率。北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University衰减器和移相器均属于二端口网络。衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减；移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移，而能量无衰减地通过。一、衰减器常用的衰减器

19、有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器。衰减量固定不变的称为固定衰减器; 衰减量可在一定范围内调节的称为可变衰减器。北京交通大学Beijing Jiaotong University吸收衰减器：在波导中内置与电场方向平行的吸收片，当微波通过吸收片时，一部分能量将被吸收。为消除反射，衰减片两端通常做成渐变形的。当吸收片处于宽边中央时，衰减最大。吸收片上通过的电场切线分量越强，其衰减量越大。因此，左右移动吸收片在波导中的位置就能改变衰减量的大小。北京交通大学Beijing Jiaotong University截止衰减器：在传输线中插入一段横向尺寸较小的传输线段，使电磁场在这一小段传输线内处于截止状

20、态，即电磁波经过这段传输线后能量很快衰减。控制这段传输线的长度，即可调节衰减量的大小。右图为一种截止衰减器示意图。其主体是一段处于截止状态的圆波导, 其半径满足截止条件:。ac41.311TE北京交通大学Beijing Jiaotong University极化衰减器是在圆波导中置入可旋转的吸收片，衰减量的大小与吸收片旋转角度有关。可作绝对定标的标准衰减器。右图是旋转式极化衰减器的结构示意图，其主体是一段的圆波导TE11模)，内置一可连同圆波导一起旋转的吸收片。圆波导的两端各通过方 圆过渡波导分别与输入、输出TE10模的矩形波导相连接，在过渡波导中也各有一片平行于矩形波导宽壁的固定吸收片。极化

21、衰减器的衰减量由圆波导中的吸收片2的旋转角度 确定。北京交通大学Beijing Jiaotong University工作原理为：从矩形波导输入的TE10波在方 圆过渡波导激起圆波导的垂直极化的TE11波，其电场E1垂直于其中的吸收片1的平面而无衰减；当电磁波E/ = E1sin , E = E1cos E/ 将全部被吸收而E则可无衰减地通过。当波到达输出端的方 圆过渡波导中时，E再次被吸收片3的平面分解为平行和垂直两个分量， 进入圆波导后, 若吸收片2相对于水平面旋转了 角, 则E1被吸收片2的平面分解为:北京交通大学Beijing Jiaotong University平行分量被吸收, 垂

22、直分量可无衰减地通过方 圆过渡段而从矩形波导中输出；这部分电场 E2 为cos2 EE衰减量21lg10PPL 221lg10EEdBcoslg4021cosE北京交通大学Beijing Jiaotong University二、移相器二、移相器移相器是对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件，它是一个无反射、无衰减的二端口网络，其散射矩阵： 00jjeSe llp2移相器可分固定移相器与可变移相器。改变相位的方法有两种： 改变传输线的长度l 改变传输线相位常数，如在波导中放入可移动的介质片北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波

23、连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University阻抗不匹配导致的反射会造成许多不良影响，如负载不能获得最大功率、功率容量和效率下降、大功率时出现打火现象、在微波测量时影响测量精度。为了匹配而插入的网络称为阻抗匹配网络。阻抗匹配网络有两种：阻抗调配器和阻抗变换器。阻抗调配器和阻抗变换器负载阻抗与传输线的特性阻抗不相等;相同类型而不同特性阻抗的传输线相连接; 不同类型的传输线相连接;传输线中接入一些必要的器件。 反射的产生反射的产生北京交通大学Beijing Jiaot

24、ong University1）分支调配器）分支调配器分支调配器按分支的多少可分为单支节、双支节和三支节。单支节调配器结构简单，但其分支长度和接入位置都必须根据波长和负载进行调整，分支长度可以应用短路线实现，但接入位置较难改变，为了克服这一缺点，可以采用双支节和三支节调配器。阻抗调配器阻抗调配器阻抗调配器可分分支调配器和螺钉调配器，分支调配器通过改变分支线的长度，主要用于平行双线和同轴线；螺钉调配器通过改变螺钉插入的深度，常用于波导中。北京交通大学Beijing Jiaotong University双支节调配器：双支节调配器：同轴双支节调配器将两个支节线并接在主线上，两支节的间距为d2（固定

25、，如/8 ），两支节长度l1和l2（用短路活塞调整）要匹配必须使 ，由等效电路知 ，即：21Y 222YYjB221YjB 阻抗调配器阻抗调配器北京交通大学Beijing Jiaotong University2) 螺钉调配器在双线、同轴线和微带线传输系统中，用并联分支提供电纳，而在波导系统中用螺钉提供电纳，调整螺钉的深度可以改变并联电纳的性质和大小。一般情况下，螺钉插入的深度比较浅，只能提供一个容性电纳。阻抗调配器阻抗调配器波导中的螺钉及其电抗性质的变化波导中的螺钉及其电抗性质的变化北京交通大学Beijing Jiaotong University波导中的螺钉，一方面和容性膜片一样，集中电场

26、而具有容抗性质；另一方面，波导宽边的轴向电流要流进螺钉，产生磁场，而具有感抗性质。设螺钉插入深度较小时，容抗占优势，并联电纳呈容性(B0)；随着插入深度的增加，最终变为感抗占优势，并联电纳呈感性(B0)。为避免波导短路和击穿，通常设计螺钉呈容性，作可变电容用。螺钉匹配器的作用原理与支节匹配器相似，所不同的只是螺钉只能作电容用。北京交通大学Beijing Jiaotong University阻抗变换器n为了消除不良反射现象，除采用阻抗调配器以外，还可以采用阻抗变换器来达到匹配。n阻抗变化器在两段需要匹配的传输线之间，插入一段或多段传输线，完成不同阻抗之间的变换，以获得良好的匹配。n按阻抗变换的

27、规律可分为阶梯阻抗变换器(包括单节和多节)和渐变式阻抗变换器。n按结构分:同轴线阻抗变换器,矩形波导阻抗变换器,带状线阻抗变换器,微带线阻抗变换器.北京交通大学Beijing Jiaotong University1.单节阻抗变换器n第二章介绍的/4阻抗变换器不仅适用于双线，而且适用于包括波导在内的所有传输线。n在等效阻抗分布为Ze1和Ze2的两段波导中接入一段长度为p/4，等效阻抗为 的波导段即可实现匹配。 12eeeZZ Zn对于传输TE10模的矩形波导，其等效阻抗为：2012ebZaa阻抗变换器北京交通大学Beijing Jiaotong University对于宽壁尺寸a相同，窄壁尺寸

28、分别为b1和b3的两段矩形波导中间加一段长度为p/4，宽壁为a，窄壁为 的矩形波导管，就可以实现匹配。21 3bbb同理，对于同轴线和微带线也可以用类似的方法实现匹配。微带线矩形波导 同轴线 阻抗变换器北京交通大学Beijing Jiaotong University阻抗匹配器只能对一个频率进行匹配，而且当匹配的两个阻抗值差别较大时，尺寸变化较大，造成的不连续电容较大，影响匹配效果。为克服这些问题，可以采用多节/4阻抗变换器。2.多节/4阻抗变换器n多节/4阻抗变换器形状像阶梯状，每一个连接处尺寸变化都很小，降低了不连续电容。阻抗变换器北京交通大学Beijing Jiaotong Univer

29、sityn对于一个n节的阻抗变换器，有n+1个反射面。当波导的波长偏离中心波长时，虽然反射波不能完全抵消，但由于每个反射波的相位各不相同，在输入端叠加后，一些频率成分相互抵消，使得在较宽的频带上都有较小的反射系数。阻抗变换器北京交通大学Beijing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University定向耦合器定向耦合器n定向耦合器在微波技术中有着广泛的应用，如用于监视功率、频率和频谱；对功率进行分配和

30、合成；构成雷达天线的收发开关、平衡混频器和测量电桥；测量反射系数和功率。n定向耦合器的种类很多：波导同轴线带状线微带线按传输线类型单孔耦合多孔耦合连续耦合平行线耦合按耦合方式同向耦合反向耦合输出方向90度定向180度定向输出相位强耦合中等耦合弱耦合按耦合强弱北京交通大学Beijing Jiaotong University定向耦合器示意图微带分支定向耦合器波导单孔定向耦合器平行耦合线定向耦合器波导匹配双T波导多孔定向耦合器微带混合环北京交通大学Beijing Jiaotong Universityn定向耦合器是微波测量中常用的标准器件n一般属于四端口网络，有输入端(1)、直通端(2)、耦合端(

31、3)和隔离端(4)。n导波从端口1输入，端口1和2之间的波导为主波导，端口3和4之间的波导为副波导，经耦合孔耦合导波在副波导中激励起新的导波。北京交通大学Beijing Jiaotong Universityn定向耦合器主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入驻波比和工作带宽。1.耦合度C耦合度C定义为输入端的输入功率P1与耦合端的输出功率P3之比的分贝数，即1310lgPCP由于定向耦合器是一个可逆四端口网络，因此耦合度又可表示212313112110log20log2iiUCSS U北京交通大学Beijing Jiaotong University由此可见，耦合度（相当于功率衰减）愈

32、大，耦合愈弱。通常把耦合度为010dB的定向耦合器称为强耦合定向耦合器；把耦合度为1020dB的定向耦合器称为中等耦合定向耦合器；把耦合度大于20dB的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。3dB的定向耦合器相当于功分器。北京交通大学Beijing Jiaotong University2.定向性D理想情况下，隔离端没有功率输出。通常用耦合端输出功率P3和隔离端的输出功率P4之比的分贝数来表示耦合器定向传输性能，即定向性D23131324414110lg10lg20lgSSPDPSSD越大，隔离端输出越小，定向性越好，理想情况下D=。北京交通大学Beijing Jiaotong University

33、3.输入驻波比 将定向耦合器除输入端外，其余各端均接上匹配负载时，输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。此时，输入端的反射系数即为网络的散射参量S11，故有111111SS4.工作频带宽度频带宽度是指耦合度、定向性及输入驻波比都满足指标要求时，定向耦合器的工作频带宽度，简称工作带宽。北京交通大学Beijing Jiaotong University波导型定向耦合器波导型定向耦合器大多数波导定向耦合器的耦合都是通过在主副波导的公共壁上的耦合孔来实现的。通过耦合孔将主波导中的电磁能量耦合到副波导中，并具有一定的方向性。副波导各端口的输出功率的大小，决定于耦合孔的大小形状和位置。北京交通大学Be

34、ijing Jiaotong University波导双孔定向耦合器：在两个波导的公共壁上在两个波导的公共壁上开有形状、尺寸完全相同、相距为开有形状、尺寸完全相同、相距为 g / 4 的两的两个小孔。个小孔。波导型双孔定向耦合器波导型双孔定向耦合器 (a) 窄臂双孔耦合窄臂双孔耦合 (b) 宽臂双孔耦合宽臂双孔耦合 北京交通大学Beijing Jiaotong Universityd = g / 4 1 e-jdIIIa+a-a+e-jda-e-jd波导型双孔定向耦合器原理图波导型双孔定向耦合器原理图设由端口输入单位振幅的TE10波，在第 I 孔处向端口、耦合波的幅度分别用a+、a- 表示。显

35、然， a+、a- 即为小孔的正、反向耦合系数。由于孔很小，两孔的形状、大小又相同，故经第II孔耦合到副波导向、口传输的波的幅度与第 I 孔的几乎相等，只有e-jbd 的相移，于是由耦合孔向、口方向传输的合成波分别为：北京交通大学Beijing Jiaotong Universitydjdjeaeaa422jea可见，当f = f0 时，由两孔耦合到副波导的波，在端口方向上同相相加，在端口方向上反相抵消而无输出；得到了方向性的耦合。这里，耦合端口的输出波与端口的输入波方向相同，故称为正向定向耦合。 djdjeeaaa3djeaa20jeaa北京交通大学Beijing Jiaotong Unive

36、rsity双双T与魔与魔Tn将具有共同对称面的E-T和H-T接头组合起来，即构成双T接头，1臂和2臂称为平分臂，3臂（E臂）和4臂（H臂）称为隔离臂。如果导波从E臂输入，1和2端口等幅反相输出，H臂输出为零（S13=-S23，S43=0）；如果导波从H臂输入，1和2端口等幅同相输出，E臂输出为零（S14=S24，S34=0）；北京交通大学Beijing Jiaotong University如果E臂和H臂接匹配负载，导波从1和2端口等幅同相输入，H臂有“和”输出，E臂无输出；如果E臂和H臂接匹配负载，导波从1和2端口等幅反相输入，E臂有“和”输出，H臂无输出。n双T可等效为一个可逆对称无耗四端

37、口网络北京交通大学Beijing Jiaotong Universityn根据对称性，可得S11=S22n根据可逆性（即互易性），可得S12=S21，S13=S31，S14=S41，S23=S32，S24=S42，S34=S43，n双T的S矩阵为 111213141211131413133314144400SSSSSSSSSSSSSSSn对于普通的双T接头，由于连接处结构突变，即使双T各臂均接匹配负载，接头处也会产生反射。为了消除反射，通常在接头处加入匹配元件(如螺钉、膜片或锥体等)，得到匹配的双T（魔T）。北京交通大学Beijing Jiaotong Universityn魔T具有以下特性：

38、1.自动匹配：只要端口3和端口4匹配，则端口1和端口2自动匹配；（如果S33=S44=0，则S11=S22=0）2.对口隔离：端口1与端口2、端口3与端口4互相隔离（S12=S21=S34=S43=0）3.功率平分：当信号自E壁输入，则反相等分给端口1与端口2；当信号从H壁输入，则同相等分给端口1与端口2；北京交通大学Beijing Jiaotong University当信号从端口1输入，则同相等分给E壁与H壁；当信号从端口2输入，则反相等分给E壁（反）与H壁（同）；n魔T的S矩阵为 001100111110021100Sn魔T是理想的3dB定向耦合器。n邻臂平分,对臂隔离。北京交通大学Be

39、ijing Jiaotong University例1.已知魔T各端口的输入电压，求各端口的输出电压。解：魔T是线性网络，满足线性叠加原理，即某端口的输出电压为各端口输入电压在该端口上的响应之和。由S矩阵定义可得， 001100111110021100S11223344001100111110021100iriririrUUUUUUUU北京交通大学Beijing Jiaotong University因此 ， ， ， 。1342riiUUU2342riiUUU3122riiUUU4122riiUUU北京交通大学Beijing Jiaotong University例2：魔T的端口1和3接匹配负

40、载，而端口2内置短路活塞，H壁（端口4）接匹配信号源（输入电压为 ），求E壁（端口3）的输出电压。解：信号从H壁输入，端口1和2同相等分输出 1242rriUUU端口1接匹配负载，因此入射波被全部吸收，即 10iU 端口2接短路负载，因此入射波被全部反射，即2242iriUUU 4iU北京交通大学Beijing Jiaotong University相当于信号从端口2输入，因此端口3和4反相等分输出，即32422riiUUU 42422riiUUU由此可知，H壁输入的功率1/2消耗在端口1接的匹配负载上，1/4消耗在端口3接的匹配负载上，1/4反馈回H壁。北京交通大学Beijing Jiaot

41、ong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong Universityn微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。 n按作用分，可分为低通、高通、带通和带阻等四种类型的滤波器。 n按传输类型分，可分为波导型、同轴型、带状型和微带型等四种。北京交通大学Beijing Jiaotong Universityn微波滤波器的主要技术指标截止频率fc或频率范围f1f2通带内的最大插入衰减LAr阻带内的最小插入衰减LAs北京交通大学Bei

42、jing Jiaotong University 引言 波导中电抗元件 微波连接元件和终接元件 衰减器和移相器 阻抗调配器和阻抗变换器 定向耦合器 微波滤波器 微波谐振器内容提要 微波元件北京交通大学Beijing Jiaotong University微波谐振器微波谐振器n微波谐振器又称作微波谐振腔，由一段两端短路或两端开路的传输线段组成，电磁波在三个坐标方向上均呈驻波分布，即电磁能量不能传输，只能来回振荡。n微波谐振器是具有储能与选频特性的微波元件，广泛应用于微波信号源、微波滤波器及波长计中。谐振意味着“平衡”，微波谐振就是微波能量中电储能和磁储能之间的平衡北京交通大学Beijing Ji

43、aotong Universityn微波谐振器可以定性地看作是由集中参数LC谐振回路过渡而来的。微波谐振器微波谐振器n在低频段，采用集中参数的L和C来构造谐振回路，但升高到微波频率后，由于欧姆损耗、介质损耗和辐射损耗的增加，降低了谐振回路的Q值，且LC谐振回路功率容量较小，工艺上也难以实现。北京交通大学Beijing Jiaotong University微波谐振器中电磁场能量关系与LC谐振回路相类似微波谐振器微波谐振器北京交通大学Beijing Jiaotong University微波谐振器与LC谐振回路相比，有其特殊性： LC谐振回路的电场能量集中在电容器中，磁场能量集中在电感器，而微波

44、谐振器是分布参数回路，电场能量和磁场能量是空间分布的； LC谐振回路只有一个谐振频率，而微波谐振器一般有无限多个谐振频率； 微波谐振器可以集中较多的能量，且损耗较小，因此它的品质因数远大于LC集中参数谐振回路的品质因数。微波谐振器微波谐振器北京交通大学Beijing Jiaotong University谐振器基本参量谐振器基本参量LC谐振中，常采用L、C和R作为基本参量，但在微波谐振器中，L和C既无明确的物理意义，又无法直接测量。在微波谐振器中，通常采用谐振频率f0 (或谐振波长0)、品质因数Q 及等效电导G0作为基本参量。1.谐振频率f0 谐振频率f0是指谐振器中该模式的场量发生谐振时的频

45、率，也经常用谐振波长0表示，它是描述谐振器中电磁能量振荡规律的参量。微波谐振器微波谐振器北京交通大学Beijing Jiaotong University谐振时，谐振器内电场和磁场能量自行转换，谐振器内总电纳为零。如果采用某种方法得到谐振器的等效电路,并将所有的电纳归算到同一个参考面上,则在谐振时,此参考面上总的电纳为零,即利用上式可以求得谐振频率。微波谐振器微波谐振器00B f北京交通大学Beijing Jiaotong University式中W0为谐振器的储能，PL为谐振器的损耗功率2.品质因数Q品质因数Q是微波谐振器的一个主要参量，它描述了谐振器选择性的优劣和能量损耗的大小，其定义为其

46、它计算公式:微波谐振器微波谐振器2QLLPWTPW0002谐振时能量一个周期内损耗的电磁谐振器内储存电磁能量StVSdSHdVHRQ220StVdSHdVHQ222北京交通大学Beijing Jiaotong University同轴线谐振腔同轴线谐振腔利用同轴线中的驻波振荡构成的谐振腔，称为同轴谐振腔。只要同轴线尺寸满足： 即可保证只传输TEM模。 同轴谐振腔具有振荡模式简单、工作稳定、工作频带宽等优点。可作为微波三极管的振荡回路，作为波长计和 混频器的谐振回路。通常分为/4型、/2型及电容加载型三种。minab北京交通大学Beijing Jiaotong University可得 或或阻抗分布规律 ，因此1. /4型同轴谐振腔型同轴谐振腔将同轴线一端开路，一端短路，则构成了/4型同轴谐振腔。它等效于终端短路的传输线。根据谐振条件，从参考面T看进去的导纳为零，由终端短路沿线同轴线谐振腔同轴线谐振腔0inZjZ