电磁场与微波技术 ch7常用微波元件

电磁场与微波技术Chapter7常用微波元件微波元件功能：对微波信号进行各种变换一、按传输线类型划分

二、按功能（应用角度）划分连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分支元件、滤波元件、波型变换元件电磁场与微波技术三、按互易角度划分

互易元件、非互易元件四、按与低频对应角度划分

电抗元件、电阻元件、连接元件、分支元件、铁氧体元件五、按端口数划分

单端口元件、二端口元件、三端口元件、四端口元件微波元件微波网络等效电路法

电磁场与微波技术电容膜片§7.1

波导中的电抗元件矩形波导中的电容膜片及等效电路对称电容膜片的归一化电纳为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。电磁场与微波技术电感膜片矩形波导中的电感膜片及等效电路对称电感膜片的归一化电纳为在波导窄壁上放置金属膜片后，会使波导宽壁上的电流产生分流，于是在膜片的附近会产生磁场，并存储一部分磁能。电磁场与微波技术谐振窗在横向金属膜片上开设一个小窗，称为谐振窗。

工作频率=谐振频率，匹配状态，信号可以无反射地通过谐振窗工作频率<谐振频率，谐振窗呈感性，有反射工作频率>谐振频率，谐振窗呈容性，有反射谐振波长电磁场与微波技术销钉在矩形波导中插入一根或多根垂直对穿波导宽壁的金属圆棒

调谐螺钉螺钉插入波导的深度可以调节，电纳的性质和大小可随之改变，使用方便，是小功率微波设备中常采用的调谐和匹配元件。电磁场与微波技术电容电感串联谐振螺钉及等效电路电磁场与微波技术§7.2

连接元件接头：把相同类型传输线连接在一起的装置。转接元件：把不同类型的传输线连接在一起的装置。接头要求：连接点接触可靠，不泄露电磁能量；不引起电磁反射，输入驻波比尽可能小；工作频带宽；结构牢靠，装卸方便；容易加工。波导接头（a）平接头（b）抗流接头同轴线接头电磁场与微波技术转接元件传输线尺寸变换器特性阻抗相同，但尺寸不同的两个同轴线之间的连接属于传输线变换器。

电磁场与微波技术阶梯阻抗变换器在两个特性阻抗不同的传输线之间插入一段或多段不同特性阻抗的传输线，就可以在一定带宽内使驻波比低于某个给定的值

单节阻抗变化器缺点：频带窄多节阻抗变化器：n节有（n+1）个阶梯，产生（n+1）个反射波，到输入端产生叠加效果，在某些频率上全部（部分）抵消，形成匹配。在较宽的频带内有较小的反射系数电磁场与微波技术同轴-波导转接器同轴-微带转接器同轴线内导体直径的选取与微带线的特性阻抗有关通常使内导体直径等于微带线中心导带宽度。

电磁场与微波技术§7.3

分支元件矩形波导的分支元件矩形波导的T型接头E－T分支（一）E—T接头（总与反相联系）1、口输入，、均有输出2、口输入，、均有输出3、口输入，、等幅反相输出4、、等幅同相输入，口无输出5、、等幅反相输入，口输出最大电磁场与微波技术H－T分支（二）H—T接头（总与同相联系）1、口输入，、

均有输出2、口输入，、

均有输出3、

口输入，、等幅同相输出3、、等幅同相输入，

口输出最大4、、等幅反相输入，

口无输出电磁场与微波技术魔T魔T特性可以看作是E-T和H-T的结合MagicT性质（1）匹配特性：在理想情况下，四个端口完全匹配只要

、

口匹配，、口一定匹配（2）隔离特性：、口具有隔离特性

、

口也具有隔离特性电磁场与微波技术（3）平分特性：当信号由

口输入时，则同相等分给、口当信号由

口输入时，则反相等分给、口当信号由

口输入时，则反相等分给

、

口

当信号由

口输入时，则同相等分给

、

口

同轴线的分支元件主臂1（接信号源）、支臂2和支臂3、终端短路且长度为λ/4的支臂4组成。支臂2和支臂3的特性阻抗相等。由主臂1输入的功率平分给支臂2和支臂3。等功率分配器电磁场与微波技术不等功率分配器主臂1（接信号源）、支臂2和支臂3、终端短路且长度为λ/4的支臂4组成。支臂2和支臂3的特性阻抗不相等。由主臂1输入的功率不能平分给支臂2和支臂3。电磁场与微波技术要求微带功率分配器电磁场与微波技术§7.4

终端元件终端元件：传输线终端所接的元件匹配负载匹配负载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，都要用到匹配负载。

对匹配负载的基本要求：（1）有较宽的工作频带（2)输入驻波比小（3）有一定的功率容量

电磁场与微波技术短路器作用：将电磁能量全部反射回去1、接触式2、抗流式（1）波导型（2）同轴型电磁场与微波技术§7.5

衰减器和移相器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微波能量可无衰减地通过衰减器

理想的衰减器是只有衰减而无相移的二端口网络吸收衰减器1、横移式2、刀型电磁场与微波技术在波导内放入与电场方向平行的吸收片，当微波能量通过吸收片时，将吸收一部分能量而产生衰减截止衰减器

在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段，使电磁波经过这段传输线后微波能量很快衰减（β=0），控制截止传输线的长度，就可以调节衰减量的大小电磁场与微波技术极化衰减器方圆过渡可旋转圆波导圆方过渡PinPout内置水平吸收片１内置随圆波导一同旋转的吸收片内置水平吸收片２电磁场与微波技术移相器移相器：对电磁波只产生一定的相移的微波元件

是一个无反射、无衰减的二端口网络均匀传输线上相距为l的两点之间的相位差为改变相位的方法：改变传输线的长度l或改变相位常数β

介质移相器：1、横移式（尖劈式、阶梯式）2、旋转式电磁场与微波技术§7.6

定向耦合器应用：1、监视功率、频率、频谱2、功率分配、合成

3、混频器、测量电桥4、测量反射波（a）微带分支定向耦合器（b）波导单孔定向耦合器（c）平行耦合线定向耦合器（d）波导匹配双T（e）波导多孔定向耦合器（f）微带混合环电磁场与微波技术定向耦合器的技术指标典型的定向耦合器是四端口网络

输入端

直通端

耦合端

隔离端耦合度C其他各端口都接匹配负载时，输入端的输入功率与耦合端的输出功率之比电磁场与微波技术可逆四端口网络耦合度越大，耦合越弱定向性D耦合端输出功率与隔离端输出功率之比理想情况下，P4=0，隔离度为无限大。实际上由于设计或加工制作不完善，常有极小部分功率从隔离端输出，使隔离度不再为无限大。实际应用中常给定最小值。电磁场与微波技术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工作频带宽度耦合度、隔离度(或方向性)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。混合环3dB定向耦合器电磁场与微波技术信号由端口1输入，到达端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后90度；到达端口3的两路信号等幅反相，端口3无输出；到达端口4的两路信号等幅同相，端口4有输出，相位滞后90度。电磁场与微波技术信号由端口2输入，到达端口1的两路信号等幅同相，端口1有输出，相位滞后90度；到达端口3的两路信号等幅同相，端口3有输出，相位滞后270度；到达端口4的两路信号等幅反相，端口4无输出。信号由端口3输入，到达端口1的两路信号等幅反相，端口1无输出；到达端口2的两路信号等幅同相，端口2有输出，相位滞后270度；到达端口4的两路信号等幅同相，端口4有输出，相位滞后90度。信号由端口4输入，到达端口1的两路信号等幅同相，端口1有输出，相位滞后90度；到达端口2的两路信号等幅反相，端口2无输出；到达端口3的两路信号等幅同相，端口3有输出，相位滞后90度。电磁场与微波技术§7.7

微波谐振器用途：类似电路中的集总参数元件谐振回路，用于微波信号源、滤波器、振荡器、频率计等。谐振器：限定电磁能量在一定体积内振荡的结构具有储能、选频特性。可由一段两端短路或两端开路的传输线段组成电磁波在其上呈驻波分布，电磁能量不能传输，只能来回振荡。低频LC谐振回路向微波谐振腔的过渡：频率升高，减小L,C，减小导体和辐射损耗类似低频电路的LC回路微波谐振腔一般由一段两端短路的传输线构成电磁场与微波技术在LC谐振回路中，电能储存在电容中，磁能储存在电感中，谐振就是电磁能量在电容和电感中相互转换的过程。微波谐振器是分布参数，电磁场被限制在腔的体积中，振荡是由电磁波在腔壁上来回反射形成稳定驻波而形成的。LC振荡回路只有一个谐振频率，而微波谐振器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，它的品质因数远大于LC振荡回路的品质因数。谐振腔中的振荡过程与在LC谐振回路中一样，也是电磁场能量以电能和磁能两种形式相互转换的过程。分类：传输线型谐振腔（矩形腔、圆柱腔、同轴腔、微带腔、介质腔等）非传输线型谐振腔（速调管、磁控管、行波管）电磁场与微波技术微波谐振器的基本特性和参数谐振波长谐振器中该模式的场量发生谐振时的波长表征微波谐振器的振荡规律，即微波谐振器内振荡存在的条件色散关系式产生振荡的条件是腔内能够形成稳定的驻波，要求腔两端壁间的距离l等于驻波波节间距的整数倍：电磁场与微波技术品质因数它描述谐振器选择性的优劣和能量损耗的大小W代表谐振器储能，WT代表一周期内谐振器的能量损耗，Pl代表一周期内的平均损耗功率。对于封闭的谐振器，辐射损耗为0。介质无耗时，介质损耗也为0.只有导体损耗。电磁场与微波技术同轴线谐振器同轴线工作于TEM模式同轴线谐振器电磁场与微波技术λ/4型同轴线谐振器电磁场与微波技术λ/2型同轴线谐振器电容加载同轴线谐振器无穷，多谐性加载电容越大，谐振器长度越短电磁场与微波技术矩形谐振器振荡模式及其场分布矩形波导谐振腔由一段长度为l，两端短路的矩形波导构成，电场和磁场能量被储存在腔体内，功率损耗由腔体的金属壁与腔内填充的介质引起。

矩形谐振器及TE101谐振模的场分布电磁场与微波技术矩形腔可以存在无穷多TEmnp模式和TMmnp模式，下标m、n、p分别表示沿波导宽壁、窄壁和长度上分布的半驻波数。谐振频率最低或谐振波长最长的模式为微波谐振腔的主模。矩形谐振腔的主模是TE101模。谐振波长电磁场与微波技术当满足l>a>b，TE101模的谐振波长最长，即谐振频率最低。TE101模谐振波长品质因数TE101模矩形谐振腔的品质因素假如a=b=l的立方腔对铜腔，波长为10cm电磁场与微波技术圆柱形谐振器任何传输线，当其长度为半波长的整数倍，将其两端短路，均可构成谐振腔。由一段长度为l，两端短路