第5部分微波元件(新5.15.2).

1、5.1 5.1 一端口元件一端口元件5.2 5.2 二端口元件二端口元件5.3 5.3 三端口元件三端口元件5.3 5.3 四端口元件四端口元件5.1 5.1 一端口元件一端口元件5.2 5.2 二端口元件二端口元件5.3 5.3 三端口元件三端口元件5.3 5.3 四端口元件四端口元件返回导行系统导行系统波导型波导型同轴线型同轴线型微带线型微带线型微波元件微波元件结构结构微波系统微波系统是由有源是由有源微波电路微波电路和和微波无源元件微波无源元件组成组成。多模元件多模元件工作波型工作波型单模元件单模元件有：连接元件、终端元件、匹配元件、有：连接元件、终端元件、匹配元件、 衰减与相移元件、分路

2、元件、滤波元件等衰减与相移元件、分路元件、滤波元件等。 测量测量信号源信号源隔离器隔离器衰减器衰减器相移器相移器定向定向耦合器耦合器负载负载滤波器滤波器网络按端口可分为一端口网络网络按端口可分为一端口网络、 二端口网络二端口网络、 三端口网络三端口网络、 四端口网络四端口网络。一端口元件（单端口元件）：一端口元件（单端口元件）：也就是向外只有一个端口的网络，它是作为负载来应用的。也就是向外只有一个端口的网络，它是作为负载来应用的。ab 单 口 元 件L作为网络，它只需要一个作为网络，它只需要一个参量即可表示参量即可表示：0011ZZZZS匹配负载匹配负载短路负载短路负载失配负载失配负载一端口元

3、件一端口元件天线天线对应于上述三种负载类型，其端口的反射系数分别表对应于上述三种负载类型，其端口的反射系数分别表现为：现为：短路负载短路负载=匹配负载匹配负载= 0 失配负载失配负载| =常数。常数。 单端口元件单端口元件baba je短路器，其作用是将电磁波能量全部反射回去。短路器，其作用是将电磁波能量全部反射回去。1 短路负载短路负载将波导将波导/同轴线的终端短路同轴线的终端短路(用金属导体用金属导体全部封闭起来全部封闭起来)，即构成波导或者同轴线短路负载。即构成波导或者同轴线短路负载。实际中，短路负载都是做成可调的，实际中，短路负载都是做成可调的，称为可调短路活塞。称为可调短路活塞。(1

4、) 保证接触处的损耗小保证接触处的损耗小， ； (2) 当活塞移动时，接触损耗变化小当活塞移动时，接触损耗变化小；(3) 大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。1要求要求：1 短路负载短路负载短路器的输入阻抗为短路器的输入阻抗为:短路器的输入端反射系数为短路器的输入端反射系数为:in00tantanZjZjZl200011000tan1tantan1tan jininZZjZZjSeZZjZZj1 短路负载短路负载结构方式：接触式、扼流式结构方式：接触式、扼流式弹簧片构成，其长度为弹簧片构成，其长度为 ，接触点为高频电流节点接触点为高频电流节点, ,

5、以减少以减少损耗。损耗。4/g（1）接触式接触式缺点：接触不恒定，大功率时易产生缺点：接触不恒定，大功率时易产生 打火现象打火现象。(a)滑块式滑块式(b)弹性片式弹性片式(c)同轴线式同轴线式201()()inabincdZZZ=（2）扼流式扼流式等效电路在等效电路在abab上的输入阻上的输入阻抗抗其其损耗小损耗小且且稳定稳定，但，但活塞长活塞长且且频带频带只能做到只能做到1015%的带宽的带宽。 (a)波导型波导型(b)等效电路等效电路 Rk为接触电阻为接触电阻 全部吸收输入功率全部吸收输入功率的元件的元件。作为作为匹配标准匹配标准、等效天线等效天线、吸收负载吸收负载等等。主要技术指标：主

6、要技术指标：工作频率工作频率f f、输入驻波比输入驻波比、功率容量功率容量。0ZZL2 匹配负载匹配负载低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，在其里面低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，在其里面沿电场方向放置一块或者数块劈形吸收片或者楔形吸收体，沿电场方向放置一块或者数块劈形吸收片或者楔形吸收体，如图所示：如图所示： 2 匹配负载匹配负载尖劈是一种缓变过渡结构，实践表明，由此引起的对波的尖劈是一种缓变过渡结构，实践表明，由此引起的对波的反射远小于突变结构，且尖劈劈角越小，即斜面拉得越长，反射远小于突变结构，且尖劈劈角越小，即斜面拉得越长，匹配性能愈好。这种小功率匹配负载允许耗散的

7、平均功率匹配性能愈好。这种小功率匹配负载允许耗散的平均功率达瓦级，一般可在达瓦级，一般可在1015频带内达到驻波比频带内达到驻波比1.05的近于理想的匹配程度。的近于理想的匹配程度。同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或者阶梯型吸收体，如图所示：者阶梯型吸收体，如图所示：2 匹配负载匹配负载高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收物体可以是固体物体可以是固体( (如石墨和水泥混合物如石墨和水泥混合物) )或液体或液体( (通常用水通常用水) )。 2 匹配负载匹配负载功功率率小功率匹配负载小功率匹配负载

8、中功率匹配负载中功率匹配负载 大功率水负载大功率水负载频频带带宽带匹配负载宽带匹配负载 窄带匹配负载窄带匹配负载材材料料木材、石墨、羰基铁、吸收负载木材、石墨、羰基铁、吸收负载2 匹配负载匹配负载11VSWR+ G=- G00ZZZZ-G =+作为标准失配负载。作为标准失配负载。吸收一部分功率，反射一部分功率。吸收一部分功率，反射一部分功率。Z0为标准波导等效特性阻抗，为标准波导等效特性阻抗，Z Z为失配负载波导的等效阻抗为失配负载波导的等效阻抗3 失配负载失配负载 天线是任何无线电系统的基本组成部分 天线是一种用来发射或者接收电磁波的器件 天线是将传输线中的导行电磁波转化为空间电磁波 IEE

9、E：发射或者接收系统的一部分，为发射或者接收电磁波而设计4 天线天线发射天线的作用是将发射机的高频电流（或波导系统中的导行波）的能量有效地转换成空间的电磁能量。而接收天线的作用则恰恰相反。因此天线实际上是一个换能器换能器。高频电流高频电流发射机发射天线接收机接收天线Wave发射天线应能使电磁波的能量集中辐射到所规定的方向或区域内，并抑制对其它不需要方向或区域的辐射。接收天线应对某个方向的来波接收最强，而抑制其它方向来波的干扰。也就是说天线应该有一定的方向性方向性。发射天线接收天线wave避免能量损耗避免能量损耗防止干扰防止干扰 天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。 这首先要求天线是一

10、个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射机或接收机匹配。 天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性。 天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化。 天线应有足够的工作频带。 5.1 5.1 一端口元件一端口元件5.2 5.2 二端口元件二端口元件5.3 5.3 三端口元件三端口元件5.3 5.3 四端口元件四端口元件5.1 5.1 一端口元件一端口元件5.2 5.2 二端口元件二端口元件5.3 5.3 三端口元件三端口元件5.3 5.3 四端口元件四端口元件 22211211SSSSS2112SS*USS返回1. 1. 二端

11、口网路性质二端口网路性质二端口元件可等效为二端口网络，其散射矩阵为二端口元件可等效为二端口网络，其散射矩阵为：网络互易网络互易：无耗（互易），满足幺正性无耗（互易），满足幺正性对于二端口为对于二端口为：11222212212211SSSS0012*2211*1222*1212*11SSSSSSSS和和)arg(argarg2221112SSS若若 ，则则 或相反或相反。112S02211SS2211SS故有故有 若若 ，则则 ，12112 SS022S011S1）若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配；2）若网络是完全匹配的，则必然是完全传输的，或相反若网络是

12、完全匹配的，则必然是完全传输的，或相反；3）S11、S12、S22的相角只有两个是独立的，已知其中两的相角只有两个是独立的，已知其中两个相角，则第三个相角便可确定个相角，则第三个相角便可确定。无耗互易二端口网络的基本性质无耗互易二端口网络的基本性质:连接元件的连接元件的作用作用是将作用不同的微波元件是将作用不同的微波元件连接成连接成完整的系统完整的系统。主要指标要求主要指标要求接触损耗小接触损耗小驻波比小驻波比小功率容量大功率容量大工作频带宽工作频带宽2. 2. 微波连接元件微波连接元件有波导接头、拐角、有波导接头、拐角、弯曲、扭转元件等弯曲、扭转元件等。有同轴转接头有同轴转接头。 衰减衰减与

13、与相移相移元件分别是是用来改变导行系统中电磁场元件分别是是用来改变导行系统中电磁场的的幅度幅度和和相位相位的的。 衰减器和相移器衰减器和相移器联合联合使用，可以调节导行系统中电磁使用，可以调节导行系统中电磁波的波的传播常数传播常数。( (在衰减器或相移器段在衰减器或相移器段) )3. 3. 相移和衰减元件相移和衰减元件00lleeS刀形吸收式衰减器刀形吸收式衰减器 横移式吸收式衰减器横移式吸收式衰减器 理想衰减器理想衰减器( (对相移不要求对相移不要求) )的散射矩阵的散射矩阵：有耗有耗21lea-00jjeeS式中式中 为相移器的相移量为相移器的相移量。l理想相移器（要求不引入附加的衰减）的

14、散射矩阵为理想相移器（要求不引入附加的衰减）的散射矩阵为介质移相器：利用低损耗的介质薄片介质移相器：利用低损耗的介质薄片( (一般为聚苯乙烯一般为聚苯乙烯) ) 导行系统的主模不同，因此从一种模式过渡到另一模导行系统的主模不同，因此从一种模式过渡到另一模式式 的电磁波需使用波型变换元件的电磁波需使用波型变换元件。设计的一般原则是设计的一般原则是抑制杂模抑制杂模的产生和的产生和阻抗匹配阻抗匹配。其主要要求其主要要求阻抗匹配阻抗匹配频带宽频带宽功率容量大功率容量大不存在杂模不存在杂模4. 4. 波形变换元件波形变换元件同轴同轴矩形波导过渡器矩形波导过渡器（要求在（要求在20%20%带宽内，带宽内，驻波比小于驻波比小于1.11.1）。）。线圆极化变换器线圆极化变换器。激励元件：探针激励激励元件：探针激励( (电场最强处电场最强处) )、环激励球法线平等于、环激励球法线平等于磁力线磁力线, ,在磁场最强处在磁场最强处) )、孔或缝激励、孔或缝激励( (用于波导之间用于波导之间, , 波波导、谐振腔之间导、谐振腔之间, , 微带线之间微带线之间) )线圆极化变换器线圆极化变换器。膜片（感性膜片膜片（感