微波技术与天线--第4章

1、1第4章 无源微波器件4.1 微波网络基础4.2 匹配元件和连接元件4.3 分路元件4.4 定向耦合器4.5 三分贝电桥4.6 微波衰减器和滤波器4.7 微波铁氧体器件24.1 微波网络基础4.1.1 概述1. 微波网络的概念与分类概念：为避开微波器件的内部场结构，将其视为具有几个端口的微波网络，再用类似于低频网络的方法处理，称之为微波网络方法 。分类： 分类方法类 型按端口数量分一口网络、二口网络、多口网络按几何对称性分对称网络、非对称网络按物理对称性分互易网络、非互易网络按功率损耗分无耗网络、有耗网络按变换类型分线性网络、非线性网络第4章 无源微波器件34.1.1 概述2. 微波网络的特点

2、（1）必须针对确定的模式。（2）必须针对确定的参考面。只有参考面确定，对应的网络参量才能确定。（3）端口的电压、电流宜用归一化值。 第4章 无源微波器件iiiZII0iiiZUU0电压：iUiIiUiIiUiIiUiI进波：归一化进波：出波：归一化出波：iiIUiaiiIUib44.1.1 概述2. 微波网络的特点第4章 无源微波器件iiiUUUiiiiiiiZUZUUUU00iiiIIIiiiiiiiZIZIIII00iiiIUZ0iiiaIUiiiIUZ0iiibIU *21iiiIUP*212121iiiiiiiaaIIUUP *21iiiIUP *212121iiiiiiibbIIUU

3、P序号非归一化形式归一化形式123456表4-1-2 分析微波网络时的一些基本关系式54.1.2 二口网络的网络参量1. 转移参量（A参量）（1）归一化转移参量 b1 a1 Z01 I1 U1 Z Y S U2 a2 b2 I2 Z02 T2 T1 第4章 无源微波器件221221IdcUIIbaUUdcbaA A221221IDUCIIBUAU0201020102010102ZZdZZcZZbZZaDCBAA图4-1-1 二口网络及端口的电压、电流 64.1.2 二口网络的网络参量（2）转移参量的物理意义 0212IUUa表示端口2开路时，端口2至端口1的 电压转移系数 0212UIUb表示

4、端口2短路时，端口2至端口1的转移阻抗。 0212IUIc表示端口2开路时，端口2至端口1的转移导纳。 0212UIId表示端口2短路时，端口2至端口1的 电流转移系数。 第4章 无源微波器件74.1.2 二口网络的网络参量 例例4-1-1：串联阻抗单元电路如图所示，推导该单元电路的A矩阵。 端口2开路时21UU 10212IUUa00212IUIc端口2短路时11ZIU 21IIZIUbU021210212UIId第4章 无源微波器件解：图4-1-2 串联阻抗单元电路 02I84.1.2 二口网络的网络参量（3）转移参量的性质（4）转移参量的传递性若网络对称，有 a=d。若网络互易，由ad-

5、bc=1。若网络无耗，有a、d为实数，b、c为纯虚数。33222IUIUA21AAA第4章 无源微波器件nAAAA2133213311IUIUIUAAA22111IUIUA图4-1-3 二口网络的级联 94.1.2 二口网络的网络参量2. 散射参量（S参量）定义：物理意义：22212122121111aSaSbaSaSb22211211SSSSS011112aabS表示端口2接匹配负载时，端口1处的反射系数。 022221aabS表示端口1接匹配负载时，端口2处的反射系数。 021121aabS表示端口1接匹配负载时，端口2至端口1的 电压传输系数。 012212aabS表示端口2接匹配负载时

6、，端口1至端口2的 电压传输系数 。第4章 无源微波器件104.1.2 二口网络的网络参量性质若网络对称，有 若网络互易，有若网络无耗，有2211SS2112SS1001222212*2122*1112*2221*1211221211SSSSSSSSSSSS第4章 无源微波器件ISS*T114.1.2 二口网络的网络参量3. 阻抗参量（Z参量）和导纳参量（Y参量）22212122121111IZIZUIZIZU22211211ZZZZZ第4章 无源微波器件22212122121111UYUYIUYUYI22211211YYYYY Y124.1.2 二口网络的网络参量4. 网络参量之间的变换（1

7、）Z参量与A参量的关系（2）Y参量与A参量的关系（3）S参量与归一化A参量的关系cdccbcadcaZZZZ122211211ZbabbbcadbdYYYY122211211Y Y DCBACBADSDCBASDCBABCADSDCBACBDAS2221121122第4章 无源微波器件134.1.3 二口网络参量的应用1. 基本单元电路的A参量第4章 无源微波器件cossin1jsinjcos00ZZcossinjsinjcos020100201020100102ZZZZZZZZZZ名称等效电路串联阻抗并联导纳理想变压器传输线段AA101Z0201020101020ZZZZZZZ101Y010

8、2020102010YYYYYYYnn10002010102100ZZnZZn144.1.3 二口网络参量的应用2. 二口网络的工作特性参量（1）电压传输系数T：网络输出端接匹配负载时，输出端归一化出波与输入端归一化进波之比。（2）插入相移：电压传输系数的幅角， 。（3）插入衰减：网络输出端接匹配负载时，输入端进波功率与输出端出波功率之比，单位为dB。 （4）插入驻波比：网络输出端接匹配负载时，输入端的驻波比210122SabTa21j21eS21第4章 无源微波器件2210211lg10lg102SPPAa11110min1max1112SSUUa154.1.4 多口网络及其化简1. 三口网

9、络的S参量2. 四口网络的S参量333231232221131211SSSSSSSSSS332211SSS网络对称jijiSSjiij; 3 , 2 , 1,网络互易网络无耗3 , 2 , 1,jiSSjiij网络对称互易第4章 无源微波器件Sab ISS*T44434241343332312423222114131211SSSSSSSSSSSSSSSSSSab 164.1.4 多口网络及其化简3. 微波网络的一些化简条件第4章 无源微波器件0iiSiiiaajeiiibbjeiiUUiiba 0iIiiUUiiba0iUiiiba2je0iU0iaiiiiba2je端口状态用归一化进波、出波

10、表示用电压、电流表示内部状态端口匹配参考面外移外部状态接开路负载 ( )接短路负载 ( )接短路活塞接匹配负载 ( )接任意负载174.1.4 多口网络及其化简 例例4-1-2 E-T接头的端口3接匹配负载，端口2接短路活塞（长为l的等效短路线），如图所示。求l?时输出到匹配负载的功率最大。已知E-T接头的散射矩阵是02222222121222121S22j22e ba03a0e22220e21210e2121332j213232j212132j211222SbabSbabSbab第4章 无源微波器件解：记l2图4-1-4 四口网络微波电路184.1.4 多口网络及其化简0e22220e212

11、10e2121332j213232j212132j211222SbabSbabSbab12j2j3e1e2121ab, 3 , 2 , 1 , 02nnp第4章 无源微波器件21221222222222332cos114422sin42cos212sin2cos121aabP12cos2图4-1-4 四口网络微波电路194.2 匹配元件和连接元件4.2.1 匹配元件1. 短路活塞 短路活塞的功用是提供一个可变电抗，由一段传输线内置可调短路装置构成，分为接触式和扼流式两类。 第4章 无源微波器件图4-2-1 波导型短路活塞a）接触式 b）扼流式 接触弹簧片 g/4 A B A B C D TE1

12、0 (a) (b) 204.2.1 匹配元件2. 膜片 （1）电容膜片：可等效成并联导纳单元电路 a S b T1 T2 t S a T1 T2 C (a) (b) (c) 图4-2-2 电容膜片a）对称型 b）非对称型 c）等效电路a） b） c）图4-2-3 含电容膜片的波导的等效电路第4章 无源微波器件bssbtbsbYBBppeCC22cscln4214.2.1 匹配元件（2）电感膜片电感膜片可等效成并联导纳单元电路 第4章 无源微波器件 T1 T2 L a T1 T2 t d a d (a) (b) (c) 图4-2-4 电感膜片a）对称型 b）非对称型 c）等效电路atadaYBB

13、peLL312cot2224.2.1 匹配元件 （3）谐振膜片 可等效为LC并联谐振电路 第4章 无源微波器件 a d s b C L T2 T1 (a) (b) 图4-2-5 谐振膜片a）结构 b）等效电路图4-2-6 分析谐振膜片的坐标系222121aabddsxd2ys2令12222ByAx1622A2222244abB注：只要将膜片的4个顶点置于双曲线上，即可满足谐振条件。 234.2.1 匹配元件3. 销钉销钉由金属细圆杆构成。销钉的工作原理与膜片类似。 (a) (b) 图4-2-7 销钉a）容性销钉 b）感性销钉第4章 无源微波器件244.2.1 匹配元件4. 螺钉可等效成并联可变

14、电纳单元电路。等效电纳的性质与其粗细及插入深度有关。 第4章 无源微波器件 (a) (b) (c) (d) 图4-2-8 螺钉a）单螺钉 b）双螺钉 c）三螺钉 d）四螺钉254.2.1 匹配元件5. 阶梯波导第4章 无源微波器件 p/4 l=p/4 b1 Ze1 b3 Ze2 b2 Ze3 TE10 (a) (b) 图4-2-9 阶梯波导a）结构图 b）等效电路312eeeZZZ3 , 2 , 1212iaabZiei312bbb 264.2.1 匹配元件6. 渐变波导 渐变波导是一种宽频带匹配元件，其功用与渐变线类似 。第4章 无源微波器件图4-2-10 线性渐变波导27 例例4-2-1

15、匹配装置由同轴型短路活塞、波导型短路活塞和单电感销钉构成，如图所示。其功用是实现波导与同轴线之间的匹配连接。（1）试画出它的等效电路，（2）说明其工作原理。第4章 无源微波器件 图4-2-11 例4-2-1的匹配装置 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 图4-2-12 例4-2-1的分析a）等效电路 b）化简（1）等效电路 28主同轴线与特性阻抗为 的长线段等效， 01Z主波导与等效阻抗为 的长线段等效， eZ波导型短路活塞被等效成可调电抗 ，1X同轴型短路活塞被等效成可调电抗 ，2X单电感销钉被等效成电感 。LX第4章

16、无源微波器件 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 图4-2-12 例4-2-1的分析a）等效电路 b）化简29第4章 无源微波器件（2）工作原理 例例4-2-1 图4-2-12 例4-2-1的分析 a）等效电路 b）化简 将 处的两个并联阻抗 和 化为串联阻抗 和 。AA eZ1XRX 为使波导与同轴线之间实现匹配，需满足 01ZR 02LXXX这两个条件可通过调节两个短路活塞实现。 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 304.2.2 连接元件1. 抗

17、流接头抗流接头可避免接触电阻损耗。抗流接头的工作原理与扼流式短路活塞类似。 p/4 p/4 橡胶垫圈 A B C 主波导 平面凸缘 扼流凸缘 p/4 橡胶垫圈 槽深 p/4 图4-2-13 波导型抗流接头第4章 无源微波器件314.2.2 连接元件2. 波导弯头波导弯头用于改变TE10波的传输方向。 第4章 无源微波器件 R R (a) (b) 图4-2-14 波导弯头a）E面弯头 b）H面弯头324.2.2 连接元件3. 扭波导扭波导用于改变改变TE10波的极化方向。 第4章 无源微波器件图4-2-15 扭波导334.3 分路元件分路元件的功用是将一路微波信号按要求分成几路，或者将几路微波信

18、号合成为一路。本节主要介绍T形接头，包括单T接头、魔T接头和折叠双T接头。 第4章 无源微波器件34 4.3.1 单T接头单T接头由两旁臂和一个分支臂构成。分为E-T接头和H-T接头两种 第4章 无源微波器件 T 3 1 2 I T 1 2 3 V T (a) (b) 图4-3-1 单T接头a）E-T接头及其等效电路 b）H-T接头及其等效电路35 4.3.1 单T接头1. 禁戒规则偶模激励只能激励起对称场，不能激励起反对称场，或者说反对称场被禁戒；奇模激励只能激励起反对称场而对称场被禁戒。奇模激励；偶模激励；反对称场；对称场。 第4章 无源微波器件36 4.3.1 单T接头2. E-T接头

19、（1）奇模激励时E臂输出反对称场 奇模激励：图a中分别从旁臂1和旁臂2输入的一对等幅反相的信号（TE10波） 反对称场：图a中从E臂输出的TE10波的场结构相对于对称面T呈镜像。电力线被对称面分成两段，若两段对折正好大小相等、方向相反。 第4章 无源微波器件 旁臂 1 旁臂 2 E 臂 T 旁臂 2 旁臂 1 E 臂 T (a) (b) 图4-3-2 E-T接头中的场结构a）奇模激励 b）偶模激励37 4.3.1 单T接头 （2）偶模激励时E臂无输出（图4-3-2（b） （3）反对称场性质的S参量表示 （4）E-T接头的S矩阵 第4章 无源微波器件3231SS02221121121S38 4.

20、3.1 单T接头 （5）E-T接头的传输特性当E臂为端口匹配状态时，端口1、2不可能处于端口匹配状态，且端口反射系数 。当信号从E臂输入时，将从端口1、2等幅反相输出。当信号从旁臂1输入时，将被自身反射 ，从旁臂2输出 ，从E臂输出 。3. H-T接头第4章 无源微波器件212121a21a21a02221121121S394.3.2 魔T1. 魔T接头的组成魔T接头由双T接头内置匹配装置而成。双T接头可看成是E-T接头和H-T接头的组合。 第4章 无源微波器件图4-3-3 用匹配块匹配的魔T接头404.3.2 魔T2. 魔T接头的S矩阵3. 魔T接头的特性 （1）匹配性：一旦有两个端口处于端

21、口匹配状态，则另两个端口必然处于端口匹配状态。 （2）均分性：无论从哪个端口输入功率，经过魔T接头后均从相邻臂等分输出。 （3）隔离性：无论从哪个端口输入功率，经过魔T接头后相对的端口无输出。 第4章 无源微波器件001100111100110021S41 例例4-3-1 雷达平衡式收发开关由2个魔T接头和2个谐振膜片式放电管构成，两个放电管与接头处的距离相差，如图4-3-4所示。试说明它的工作原理。第4章 无源微波器件 放电管 发射机 天线 接收机 接匹配负载 魔 T2 魔 T1 /4 4(H) 4(H) 1 3(E) 2 1 2 3(E) 图4-3-4 某雷达的平衡式收发开关分析分析 （1

22、）来自发射机的大功率信号从魔T1的端口4输入后，只能经端口1、2等幅同相输出，到达放电管时惰性气体打火，使信号被全反射，从而不能到达接收机。又由于两放电管与魔T接头的距离相差 ，使反射信号到达端口1、2时等幅反相，故只能经端口3送至雷达天线。4p42第4章 无源微波器件 放电管 发射机 天线 接收机 接匹配负载 魔 T2 魔 T1 /4 4(H) 4(H) 1 3(E) 2 1 2 3(E) 图4-3-4 某雷达的平衡式收发开关（2）来自雷达天线的回波信号从魔T1接头的端口3输入后，端口4无输出（即不能到达发射机），而只能经端口1、2等幅反相输出。由于放电管对小功率信号不起作用，故回波信号可顺

23、利到达魔T2接头的端口1、2并保持等幅反相关系，于是只能经端口3至接收机。434.3.3 折叠双T折叠双T接头可看成是魔T接头的变形。 E折双T接头是将魔T接头的两旁臂沿E面折弯90而成 ；当端口1、2偶模输入时，E臂有输出，H臂无输出；当端口1、2奇模输入时，H臂有输出，E臂无输出。 H折双T接头是将魔T接头的两旁臂沿H面折弯90而成；当端口1、2偶模输入时，H臂有输出，E臂无输出；当端口1、2奇模输入时， E臂有输出，H臂无输出。 第4章 无源微波器件图4-3-5 E折双T接头 图4-3-6 H折双T接头444.4 定向耦合器构成：由主线和副线构成，通过耦合机构将主线上的功率耦合到副线。功

24、用：按一定比例从主馈线中提取能量，并使之在副线中沿一定方向输出，常用于微波电路的监视和测量。第4章 无源微波器件图4-4-1 定向耦合器的一般构成454.4.1 定向耦合器的主要参数1. 耦合度耦合度是耦合到副线的功率多少的量度，单位为dB。2. 方向性方向性是耦合信号定向 传输程度的量度，单位为dB。 第4章 无源微波器件TKuLDPPKlg10 DK图4-4-1 定向耦合器的一般构成LinTPPKlg10464.4.2 同轴型定向耦合器1. 工作过程构成：耦合机构为小孔，主线的左端至天线，右端至发射机，副线的左端接匹配负载，右端接指示计。工作过程：当发射功率向天线传输时，少量功率被耦合到副

25、线，耦合到上副线的功率沿其正方向传输至指示计，供监视或测量；少量的反方向功率则被匹配负载吸收。第4章 无源微波器件图4-4-2 同轴型定向耦合器474.4.2 同轴型定向耦合器2. 工作原理通过电场耦合与磁场耦合的共同作用实现定向耦合。是一种反向耦合器。3. 夹角的作用调节耦合电流的强弱，使 最小 第4章 无源微波器件 电力线 i1 s i2 磁力线 i3 (a) (b) (c) 图4-4-3 同轴型定向耦合器的工作原理（a）电场耦合 （b）磁场耦合 （c）耦合的合成32ii 484.4.3 波导型单孔定向耦合器1. 组成由主波导和副波导构成，公共壁为宽壁，耦合机构是开在公共宽壁中央的小孔。第

26、4章 无源微波器件图4-4-4 波导型单孔定向耦合器494.4.3 波导型单孔定向耦合器2. 工作原理通过电场耦合与磁场耦合的共同作用实现定向耦合。是一种反向耦合器。第4章 无源微波器件 TE10波 输入 磁场 电场 b (a) (b) (c) 图4-4-5 波导型单孔定向耦合器的工作原理（a）电场耦合 （b）磁场耦合 （c）耦合的合成504.4.4 波导型十字缝定向耦合器构成：由相互垂直的主波导和副波导构成，公共壁为宽壁，耦合机构是十字形缝隙。由于主波导和副波导的功率传输方向相互垂直，它是一种垂直耦合器。第4章 无源微波器件图4-4-6 波导型十字缝定向耦合器514.4.4 波导型十字缝定向

27、耦合器1. TE10波中的圆极化磁场第4章 无源微波器件ztcxxaHkHj0esinjztzxaHHj0ecos由圆极化的定义 xaxakccossinaaxp2tan1112xax（1）在x1、 x2处，TE10波的磁场是旋向相反的圆极化磁场。 （2）旋向规律：以TE10波的传播方向为参考， x1处为左圆极化磁场， x2处为右圆极化磁场。524.4.4 波导型十字缝定向耦合器2. 工作原理 （1）若主线中TE10波的传播方向向下，则十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场（逆时针方向）。 （2）耦合到副线后，十字缝处仍然应为左圆极化磁场。 （3）假设副线中TE10波的传播方向向左。这

28、时，由于十字缝位于视线的右边，按照旋向判断方法，十字缝处为右圆极化磁场。这与要求的极化旋向矛盾，因此假设错误。 （4）再假设副线中TE10波的传播方向向右，这时，由于十字缝位于视线的左边，故十字缝处为左圆极化磁场。这与要求的极化旋向一致，因此副线的正方向应该是向右。第4章 无源微波器件图4-4-8 副线正方向的判断534.4.4 波导型十字缝定向耦合器3. 副线正方向的简易判断方法过十字缝作对角线，再使主线输入信号在到达十字缝之前折弯，若能与对角线相交，则该方向就是副线的正方向。 第4章 无源微波器件图4-4-9 副线正方向的简易判断方法544.5 三分贝电桥4.5.1 二分支三分贝电桥构成：

29、由上下主线和两条分支线构成，主线长 ，特性导纳为 ，分支线长也是 ，特性导纳为 。第4章 无源微波器件402Y0Y4图4-5-1 同轴型二分支三分贝电桥554.5.1 二分支三分贝电桥1. 二分支三分贝电桥的奇偶模分解偶模激励时端口1、4的输入电流等幅同相，A点、B点为等效开路。奇模激励时端口1、4的输入电压等幅反相，A点、B点为等效短路。 第4章 无源微波器件0031j8tanjYYYYee0031j8cotjYYYYoo /4 0Y 0jY 0jY 0Y 1(4) 2(3) 0Y 0jY 0jY 0Y 1(4) 2(3) /4 (a) (b) 图4-5-2 二分支三分贝电桥的等效电路a)偶

30、模等效电路 b)奇模等效电路564.5.1 二分支三分贝电桥2. 奇偶模等效电路的归一化A矩阵和S矩阵偶模等效电路奇模等效电路 第4章 无源微波器件1jj121321eeeeAAAA1j0131eeAA02j2j02eA0j1j1021eS1j0131ooAAeo22AA 1jj121321ooooAAAA0j1j1021oS574.5.1 二分支三分贝电桥3. 二分支三分贝电桥的S矩阵 偶模激励时 奇模激励时对一般激励 第4章 无源微波器件eeeeeeeeeeaSaSbaSaSb22212122121111ooooooooooaSaSbaSaSb22212122121111222232232

31、2411411aaaaaaaaaaaaoeoeoeoeoeoebbbbbbbbbbbb2232221141110j10j001100j01j021S584.5.1 二分支三分贝电桥4. 二分支三分贝电桥的工作特性当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时： （1）从端口1输入的功率被端口2、3均分输出，端口1无反射，端口4被隔离。 （2）以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口3输出信号的相位分别滞后 和 。 第4章 无源微波器件90180594.5.2 三分支三分贝电桥S矩阵 工作特性 当端口1接匹配源，其它端口接匹配负载时，从端口1输入的功率被端口2、3均分输出，端口1无反射，端口4被隔离；

32、以端口1输入信号的相位为基准，端口2和端口3输出信号的相位分别滞后 和 。 第4章 无源微波器件180270图4-5-3 同轴型三分支三分贝电桥01j0100jj0010j1021S604.5.3 环形三分贝电桥构成 如图所示，线环的中心线长 ，特性导纳为 ；线环上相邻端口间的圆弧长 ；分支线的特性导纳为 。S矩阵 第4章 无源微波器件图4-5-4 同轴型环形三分贝电桥2320Y40Y0j0jj0j00j0jj0j021S614.5.4 三分贝电桥的应用1. 三分贝电桥的短路特性端口1的输入信号全部从端口4输出，输出信号的相位滞后 。第4章 无源微波器件图4-5-5 三分贝电桥的短路特性270

33、4321432101j0100jj0010j1021abbabbbb41410jj0aabb624.5.4 三分贝电桥的应用2. 三分贝电桥的串联特性任一端口的输入信号全部从对角线上的端口输出，输出信号的相位滞后 。 第4章 无源微波器件90图4-5-6 三分贝电桥的串联特性4651465100j0000jj0000j00aaaabbbb634.5.4 三分贝电桥的应用 例例4-5-1 某雷达的平衡式收发开关如图4-5-7所示，试分析其工作原理。图中，平衡式收发开关由两个同轴型三分支三分贝电桥串联而成，在串联处接有TR放电管。其端口1至发射机，端口5至接收机，端口4接雷达天线，端口6接匹配负载

34、。TR放电管的作用是工作于高功率状态时打火，使左边的三分贝电桥呈短路特性；工作于小功率状态时不打火，使三分贝电桥组合呈串联特性。第4章 无源微波器件图4-5-7 某雷达的平衡式收发开关644.5.4 三分贝电桥的应用 分析：分析：当大功率信号从端口1输入时，由于TR放电管打火，使左边的三分贝电桥呈短路特性，发射功率全部从端口4输出至雷达天线，端口5（即接收机）、端口6被隔离。 当来自雷达天线的回波信号从端口4输入时，由于三分贝电桥组合呈串联特性，故回波信号全部送至端口5（即接收机），端口1、端口6被隔离。第4章 无源微波器件图4-5-7 某雷达的平衡式收发开关654.6 微波衰减器和滤波器4.

35、6.1 微波衰减器1. 吸收式衰减器构成：由一段传输线内置吸波装置而成优缺点：优点是频带宽，功率容量大，起始衰减量小，稳定性好，缺点是精度较差。第4章 无源微波器件 吸收物质 吸收物质 (a) (b) 图4-6-1 吸收式衰减器（a）固定式 （b）可变式664.6.1 微波衰减器2. 旋转式衰减器构成：由两段同向放置的矩形波导和一段圆波导构成，内置衰减片。工作原理：基于衰减片只衰减电场平行分量的原理。优缺点：优点是频带宽，精度高，起始衰减量小；缺点是结构复杂，较昂贵。第4章 无源微波器件图4-6-2 旋转式衰减器及其工作原理674.6.1 微波衰减器3. 截止式衰减器工作原理：利用波导的截止状

36、态制作而成。工作波长范围衰减量优缺点：优点是频带宽，精度高，可用作标准衰减器；缺点是起始衰减量太大。第4章 无源微波器件c686. 82lLdB684.6.2 微波滤波器1. 微波低通滤波器构成：由粗细跳变的同轴线内导体构成，由于形状似葫芦，俗称糖葫芦滤波器。该等效电路是集中参数低通滤波器的原型电路。 第4章 无源微波器件 高阻抗线段(150) 支撑介质 低阻抗线段(10) 50 的过渡线 同轴接头 同轴接头 (a) C2 C1 L1 L2 L3 Z0 ZL (b) 图4-6-3 糖葫芦滤波器及其等效电路(a) 结构 (b) 等效电路694.6.2 微波滤波器2. 微波高通滤波器构成：由若干段

37、芯线及与之并联的短路分支线构成，芯线段之间留有间隙并用聚四氟乙烯介质填充。该等效电路是集中参数高通滤波器的原型电路。第4章 无源微波器件 介质 小于 /4 (a) (b) 图4-6-4 微波高通滤波器(a) 结构 (b) 等效电路704.6.2 微波滤波器3. 微波带通滤波器构成：由若干间距相等的电感膜片和调谐螺钉构成，螺钉置于相邻电感膜片之间且位于波导宽壁中央。该等效电路是集中参数带通滤波器的原型电路。第4章 无源微波器件 (b) 图4-6-5 直接耦合式微波带通滤波器(a) 结构 (b) 等效电路714.6.2 微波滤波器4. 微波带阻滤波器构成：由主线和若干并联分支线构成，分支线长度为

38、，分支线间距也为 。该等效电路是集中参数带阻滤波器的原型电路。 第4章 无源微波器件4p4p /4 /4 /4 Y0 Y0 Y0 Y0 Y01 Y02 Y03 (a) 20ZLC CZL20 (b) 图4-6-6 分支线式微波带阻滤波器(a) 结构 (b) 等效电路724.6.3 微波周期性结构简介结构 （1）电抗加载周期性结构。（2）介质加载周期性结构。（3）频率选择表面（FSS），即通过将表面周期性地分区使之具有频率选择性。第4章 无源微波器件734.6.3 微波周期性结构简介分析步骤（1）写出电抗加载单元电路的 矩阵 第4章 无源微波器件图4-6-7 电抗加载单元电路sin2cos2si

39、ncos2j2sincos2jsin2cosbbbbbBbDCBAA222232111IUIUIUAAAAdA I2 I1 U2 U1 d/2 d/2 jb 1A 2A 3A 10Y10Y744.6.3 微波周期性结构简介（2）写出电抗加载单元电路的色散方程 第4章 无源微波器件sin2cos21coshbDAd2211e00eIUIUdd2211eeIUDCBAIUdd若上式存在非零解，当且仅当系数矩阵的行列式等于零 0ee1ee2DADCBAdddd754.6.3 微波周期性结构简介（3）对色散方程进行讨论 第4章 无源微波器件1sin2cosbsin2coscosbdj通带条件 1sin

40、2cosbsin2coscoshbd阻带条件 764.7 微波铁氧体器件4.7.1 概述1. 什么是铁氧体铁氧体是一种非金属磁性材料，由氧化铁与其它金属氧化物混合烧结而成。分子式为 ，其中，M表示二价金属分子，在微波波段通常指MgMn、MgMnAl、NiZn、NiCo、Li等。 第4章 无源微波器件32OFeMO774.7.1 概述2. 微波铁氧体的特点（1）电阻率很高（达1011cm），接近于绝缘体，因此电磁波可以在其中传播。（2）磁导率随外加直流磁场的变化而变化，因而磁导率可以电调。（3）具有磁各向异性，即它的磁导率不再是标量，而需要用张量来描述，称为张量磁导率。因此微波铁氧体器件一般是非

41、互易器件。第4章 无源微波器件784.7.2 铁氧体的张量磁导率1. 铁氧体的磁化外加恒定磁场 第4章 无源微波器件0M图4-7-1 磁化强度 的进动zH eHH00 000ddHMMtMMtMMtMMzyx000000000sincos00H铁氧体的本征进动频率或拉摩进动频率 实际的铁氧体存在损耗，使 在很短时间内与 的方向趋于一致，这一现象称为铁氧体被磁化。0M0H794.7.2 铁氧体的张量磁导率2. 无耗铁氧体的张量磁导率定义外加磁场当工作在小信号状态时 第4章 无源微波器件 ttttmhhb0 thHH0 tttthHmMmM000ddzzyxyyxxhbhhbhhb33jj3300

42、0j0j220200001HM2200000HM804.7.2 铁氧体的张量磁导率3. 关于张量磁导率的讨论（1）在与 垂直的方向， 不仅对 有贡献，而且对 也有贡献。 亦然。称这种性质为磁各向异性。 （2） 为一特殊方向，该方向的 只与 有关，即在 方向铁氧体与磁导率为标量的介质无异。（3）当 ，即交变磁场的频率接近于拉摩进动频率时，有 ， 。称这种现象为铁氧体的铁磁谐振效应。在铁磁谐振状态下，铁氧体强烈吸收交变磁场的能量。第4章 无源微波器件0Hxhxbybyh0Hzbzh0H0814.7.3 微波铁氧体的正负圆极化磁导率1. 正圆极化磁场及正圆极化磁导率（1）正圆极化磁场 与恒定磁场 呈

43、右手螺旋关系 （2）正圆极化磁导率第4章 无源微波器件 th tthtyxsincoseehhb000001HMkyyxxhheehhhxhhyj0H824.7.3 微波铁氧体的正负圆极化磁导率2. 负圆极化磁场及负圆极化磁导率负圆极化磁场与恒定磁场 呈左手螺旋关系 负圆极化磁导率 第4章 无源微波器件yyxxhheeh0Hhhxhhyjhb th000001HMk834.7.3 微波铁氧体的正负圆极化磁导率3. 关于正负圆极化磁导率的讨论（1）正圆极化磁导率曲线可分成三段 为铁磁谐振点。 对应曲线的左半支，这时 ，为低场区。 对应曲线的右半支，这时 ，为高场区。（2）负圆极化磁导率曲线比较平

44、坦。第4章 无源微波器件图4-7-2 正负圆极化磁导率曲线0r00H000H00H844.7.4 SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播1. 纵向磁化情形和法拉第效应（1） 时SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播第4章 无源微波器件0/ HkHEjEHj0yxjz对SUPW有k 结论：对纵向磁化情形，SUPW被分解成两部分，一部分是正圆极化的SUPW，以相速度 传播；另一部分是负圆极化的SUPW，以相速度 传播。 pvpv854.7.4 SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播1. 纵向磁化情形和法拉第效应 （2）法拉第效应特点：工作在低场区时， 的旋向与 呈右手螺旋关系。工作在高场区时， 的旋向与 呈左手螺旋

45、关系。是一种非互易效应。 第4章 无源微波器件图4-7-3 法拉第旋转角ltl2121法拉第旋转角 0H0H864.7.4 SUPW在无耗均匀铁氧体中的传播2. 横向磁化情形和双折射效应 时SUPW被分裂成两部分，一部分是TEM波，它的相速度 与铁氧体的磁化状态无关，称为寻常波或o波；另一部分是椭圆极化波，它的相速度 与铁氧体的磁化状态有关，称为非寻常波或e波。双折射效应：横向磁化时SUPW被分裂成o波和e波的现象。第4章 无源微波器件0Hk oopveepv33oe22k874.7.5 隔离器1. 旋转式隔离器构成：由两段圆方波导和内置铁氧体棒的圆波导段构成，圆波导段外壁装有永久磁铁，用来提

46、供纵向偏置磁场。图中，波导1和波导2呈 夹角，铁氧体棒的法拉第旋转角也是 。第4章 无源微波器件图4-7-4 旋转式隔离器4545884.7.5 隔离器工作原理 （1）电磁波向右传输时，波导1中TE10波经圆方波导后转换成圆波导的TE11波。由法拉第效应，电场方向右旋。到达波导2时与其所需的TE10波的电场方向一致，因此，信号顺利输出。（2）电磁波向左传输时，TE10波从波导2传输至波导1的过程中，电场方向仍然右旋，到达波导1时与其所需的TE10波的电场方向正交，因此，波导1无输出。第4章 无源微波器件图4-7-5 旋转式隔离器的工作原理894.7.5 隔离器2. 场移式隔离器场移式隔离器由内

47、置铁氧体片和衰减片的矩形波导段构成。图中，铁氧体片置于TE10波的圆极化磁场处，衰减片紧贴在铁氧体片上，安装有永久磁铁用来提供横向偏置磁场，并使铁氧体工作在 的低场区。 第4章 无源微波器件图4-7-6 场移式隔离器0r904.7.5 隔离器（1）场移效应TE10波传入纸面的情况。铁氧体片处存在左圆极化磁场，是正圆极化磁场，使合成磁场削弱。这一现象好像是铁氧体片将TE10波的场转移到了其外部空间。TE10波传出纸面的情况。铁氧体片处存在右圆极化磁场，是负圆极化磁场，对磁场分布的影响不明显。由于铁氧体的介电常数较大，使铁氧体内的电场增强。这一现象好像是铁氧体片将TE10波的场向其内部有所集中。铁氧体的这种改变场分布的作用称为场移效应。场移效应是一种非互易效应。第4章 无源微波器件图4-7-7 铁氧体的场移效应914.7.5 隔离器（2）场移式隔离器的工作原理由于衰减片的作用使得：当TE10波穿入纸面传输时，铁氧体处的场很弱，衰减片不