第五章微波元件新

1、ab平法兰盘：平法兰盘：4.1 连接元件连接元件波导抗流连接波导抗流连接对于两段波导的连接除了用法兰盘做机械连接外，还对于两段波导的连接除了用法兰盘做机械连接外，还要保证连接处有良好的电接触，这可以通过抗流连接要保证连接处有良好的电接触，这可以通过抗流连接来实现。来实现。抗流连接如图所示，抗流连接如图所示，抗流式同轴接头抗流式同轴接头 同轴线同轴线波导转接器波导转接器如图，这是一种连接同轴如图，这是一种连接同轴线和波导的元件。线和波导的元件。探针接信号源可以作为发射天线在矩形波导探针接信号源可以作为发射天线在矩形波导中激励起中激励起TE10TE10模。模。激励：激励：同时由互易定理：同时由互易

2、定理：耦合：耦合： 矩形波导接信号源，探针可以作为接收天矩形波导接信号源，探针可以作为接收天线接收波导激励起的电场。线接收波导激励起的电场。耦合环转化器耦合环转化器 结构：结构：同轴线从波导窄壁插入波导，其内导体同轴线从波导窄壁插入波导，其内导体延伸作成小环再接在外导体上。外导体与波导窄延伸作成小环再接在外导体上。外导体与波导窄壁相连。小环平面垂直波导壁。壁相连。小环平面垂直波导壁。 同轴线同轴线微带线转接器微带线转接器同轴线与微带线之间的转换如图所示。同轴线与微带线之间的转换如图所示。接地板介质导体带同轴线图图4-44-4（a a）平行转换）平行转换 （b b）垂直转换）垂直转换 同轴线一微

3、带转接器同轴线一微带转接器 矩形波导的等效阻抗通常在矩形波导的等效阻抗通常在300300一一400400之间之间 微带线特性阻抗一般为微带线特性阻抗一般为5050 脊波导高度最高时的等效阻抗约为脊波导高度最高时的等效阻抗约为80-9080-90矩形矩形圆形截面波导转接器圆形截面波导转接器因矩形和圆截面波导的主模的因矩形和圆截面波导的主模的场结构很相似，所以可以采用场结构很相似，所以可以采用波导截面渐变的结构来实现模波导截面渐变的结构来实现模式转接。如图所示式转接。如图所示微波铁氧体器件，可变衰减器和可变移相器微波铁氧体器件，可变衰减器和可变移相器 极化转换器极化转换器 多螺钉极化转换器多螺钉极

4、化转换器 介质极化转换器介质极化转换器 ETET分支分支Z0Z0123T T形接头是一种将一路信号分成两路的三端口元件，图示的是形接头是一种将一路信号分成两路的三端口元件，图示的是E-TE-T分支接头和其等效电路分支接头和其等效电路当当TE10TE10模从端口模从端口3 3输入时，输入时，1 1和和2 2口输出等幅反相波口输出等幅反相波当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅同相输入时，等幅同相输入时，3 3口无输出主波导内口无输出主波导内为驻波。对称面为电场的波腹位置为驻波。对称面为电场的波腹位置当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅反相输入时，等幅反相输入

5、时，3 3口有最大输出，对口有最大输出，对称面为电场的波节位置称面为电场的波节位置由波导臂上的电流分布可以看出由波导臂上的电流分布可以看出E-TE-T分支相当于串接在主波分支相当于串接在主波导上导上波导分支接头波导分支接头H-T分支分支124H-T分支波导延伸方向与主波导的分支波导延伸方向与主波导的TE10模的磁场平行，如图所示模的磁场平行，如图所示仍把两臂端口令为仍把两臂端口令为1 1和和2 2分支为分支为4 4口口同样可以分析得出同样可以分析得出H-TH-T的工作特性的工作特性当当TE10TE10模从端口模从端口4 4输入时，输入时，1 1和和2 2口输出等幅同相波口输出等幅同相波当当TE

6、10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅同相输入时，等幅同相输入时，4 4口有最大输出，主波口有最大输出，主波导内为驻波。对称面为电场的波腹位置导内为驻波。对称面为电场的波腹位置当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅反相输入时，等幅反相输入时，4 4口无输出，对称面为口无输出，对称面为电场的波节位置。电场的波节位置。双双T分支分支双双T T为为E-TE-T分支和分支和H-TH-T分支的组合，分支的组合，由前面的分析可以得出双由前面的分析可以得出双T T有如下有如下特性特性当当TE10TE10模从端口模从端口4 4输入时，输入时，1 1和和2 2口输口输出等幅反相波，出

7、等幅反相波，3 3口无输出口无输出当当TE10TE10模从端模从端3 3口输入时，口输入时，1 1和和2 2口有口有等幅同相波输出，等幅同相波输出，4 4口没有输出口没有输出当当TE10TE10模从端口模从端口1 1和和2 2等幅同相输入时，等幅同相输入时，3 3口有输出，口有输出，4 4口没有口没有输出，若端口输出，若端口1 1和和2 2等幅反相输入时，等幅反相输入时， 4 4口有输出，口有输出，3 3口没有输口没有输出。出。1234双双T T相当于在主波导的同一位置处同时开了一个串口和并口，相当于在主波导的同一位置处同时开了一个串口和并口，它可以等效为普通的平衡电路。它可以等效为普通的平衡

8、电路。31241234波导波导R,L,C元件元件匹配负载用于吸收全部的入射功率，通常接于系统的终端。匹配负载用于吸收全部的入射功率，通常接于系统的终端。导带介质基片电阻薄膜衰减器衰减器衰减器用于在一定范围内调整微波信号的幅值，通过对信号产衰减器用于在一定范围内调整微波信号的幅值，通过对信号产生一定的衰减实现。按工作原理可以分为分为吸收式衰减器、生一定的衰减实现。按工作原理可以分为分为吸收式衰减器、截止波导衰减器和极化衰减器三种类型。截止波导衰减器和极化衰减器三种类型。吸收式衰减器是在一段波导内放置吸收片，用以吸收部分吸收式衰减器是在一段波导内放置吸收片，用以吸收部分信号功率而实现衰减。信号功率

9、而实现衰减。截止波导衰减器是利用波导内的截止场量沿波导纵向呈指数截止波导衰减器是利用波导内的截止场量沿波导纵向呈指数衰减的特性。对于圆截面波导的截止衰减器其截面半径满足衰减的特性。对于圆截面波导的截止衰减器其截面半径满足截止条件：截止条件：Rc41. 3在截止圆截面波导始端激励起的在截止圆截面波导始端激励起的TE11模幅值沿纵向按指数衰模幅值沿纵向按指数衰减分布减分布zerzrFF.设波导信号输入功率为设波导信号输入功率为P1，z=0处耦合信号功率为处耦合信号功率为P0，在，在z=l处耦合到同轴线中信号功率为处耦合到同轴线中信号功率为Pl，则相对于，则相对于P1的衰减量以分的衰减量以分贝表示为

10、：贝表示为： dBlLeLerFrFPPPPPPPPlLlll68. 80lg200.lg10lg10lg10lg1020110011旋转极化式可变衰减器旋转极化式可变衰减器 极化式衰减器由两个矩形截面波导极化式衰减器由两个矩形截面波导圆截面波导转接器圆截面波导转接器和一段同轴波导构成。和一段同轴波导构成。cos1EE 当经过输出端的转接器后，转化为当经过输出端的转接器后，转化为TE10模输出，其量值模输出，其量值为为212coscosEEE这样，衰减器衰减量与圆截面波导的旋转角度有关，其衰减这样，衰减器衰减量与圆截面波导的旋转角度有关，其衰减量分贝为量分贝为dBEEPPLcoslg40cos

11、1lg10lg10lg10422121电抗元件电抗元件膜片，销钉和螺钉膜片，销钉和螺钉在一段波导上下对称放置金属膜片，当波导宽臂上纵向电流在一段波导上下对称放置金属膜片，当波导宽臂上纵向电流到达膜片时被截断，在膜片端口聚集电荷，随着导行波的传到达膜片时被截断，在膜片端口聚集电荷，随着导行波的传输电荷量也随之变化。输电荷量也随之变化。因此上下膜片相当于构成了一个并联的电容，称为电容膜片因此上下膜片相当于构成了一个并联的电容，称为电容膜片cz0z0当膜片在波导窄臂上时则等效为一个电感，这样放置的膜片当膜片在波导窄臂上时则等效为一个电感，这样放置的膜片又称为电感膜片。又称为电感膜片。Lz0z0如果在

12、波导的横截面上同时放上电容和电感膜片，这样就形如果在波导的横截面上同时放上电容和电感膜片，这样就形成了一个谐振腔，波导传输信号的频率等效为谐振频率，谐成了一个谐振腔，波导传输信号的频率等效为谐振频率，谐振频率决定于窗口的尺寸。振频率决定于窗口的尺寸。在矩形波导中置放与波导上下宽臂连接的金属棒，称为电感在矩形波导中置放与波导上下宽臂连接的金属棒，称为电感销钉或电感棒，它可以看作是电感膜片的变形，其电感量与销钉或电感棒，它可以看作是电感膜片的变形，其电感量与棒的粗细有关。棒的粗细有关。L图图5.5.2 5.5.2 波导谐振窗波导谐振窗 图图5.5.4 5.5.4 波导中的螺钉和其等效电路波导中的螺

13、钉和其等效电路波导和同轴短路活塞波导和同轴短路活塞目前广泛使用的是同轴型和波导型抗流短路活塞，它们目前广泛使用的是同轴型和波导型抗流短路活塞，它们利用四分之一波长线的阻抗变换作用，使活塞形成短路利用四分之一波长线的阻抗变换作用，使活塞形成短路面，这种结构损耗小，寿命长，但是工作频带较窄。面，这种结构损耗小，寿命长，但是工作频带较窄。4.4 定向耦合器定向耦合器定向耦合器是利用小孔耦合定向耦合器是利用小孔耦合.分支耦合及平行线耦合等方式分支耦合及平行线耦合等方式,把主传输线中的一部分信号取出把主传输线中的一部分信号取出,用于微波系统的监测用于微波系统的监测,信号信号功率的分配或合成功率的分配或合

14、成.耦合器符号耦合器符号 定向耦合器方框图定向耦合器方框图 9090理想混合电桥散射矩阵为理想混合电桥散射矩阵为 00100111002100jjSjj理想理想0180混合电桥的散射矩阵为混合电桥的散射矩阵为 010110101010121010S定向耦合器的基本指标定向耦合器的基本指标1432定向耦合器耦合度：定义为耦合度：定义为1口输入功率口输入功率P1与与3口输出口输出P3功率之比的分贝数。功率之比的分贝数。dBPPC31lg10隔离度：定义为隔离度：定义为1口输入功率口输入功率P1与与4口输出功率口输出功率P4之比的分之比的分 贝数。贝数。dBPPI41lg10方向性：定义为方向性：定

15、义为3口输出功率口输出功率P3与与4口输出功率口输出功率P4之比的分贝之比的分贝 数。数。dBPPD43lg10此外此外,定向耦合器还有输入驻波比这一指标定向耦合器还有输入驻波比这一指标.与其它的微波元件与其它的微波元件一样定向耦合器也有工作频带宽度的指标一样定向耦合器也有工作频带宽度的指标,它是指上述各项指它是指上述各项指标都满足要求时的频率范围标都满足要求时的频率范围.波导窄壁双孔定向耦合器波导窄壁双孔定向耦合器lABAB4132如图如图,主副矩形截面波导窄壁为公共壁主副矩形截面波导窄壁为公共壁,上有两个形状相同的上有两个形状相同的间距为间距为l的小孔的小孔.信号由主波导口信号由主波导口1

16、输入输入,并令波幅为并令波幅为1.令小孔的耦合系数为令小孔的耦合系数为C,C+.C- 分别为向分别为向3口和口和4口传输的部口传输的部分分,假定输入波经过小孔假定输入波经过小孔a,b后幅值不变后幅值不变.在副波导中向端口在副波导中向端口3传输的耦合波传输的耦合波,由小孔由小孔a和和b两部分组成两部分组成他们到达他们到达BB时耦合波为时耦合波为ljljljeCeCeCA23在向在向4口传输的波在口传输的波在AA处的耦合叠加波为处的耦合叠加波为ljljleCeCCAcos224耦合度为耦合度为4lg101lg101lg10223CAC隔离度为隔离度为4lg10cos1lg101lg10224lCAIlABAB4132定向性为定向性为2222423cos1lg10lg10lg10lCCAAD若小孔无方向性若小孔无方向性,则有则有lDco