微波技术与天线 无源电路

1、微波技微波技术与术与天天线线第十一第十一讲讲 微波无源微波无源电电路路-I微波技术与天线-第五章无源微波电路 无论在哪个频段工作的电子设备, 都需要各种功能的元器件, 既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等无源元器件, 以实现信号匹配、 衰减、隔离、分路、吸收、反射、 滤波等; 又有晶体管等有源元器件, 以实现信号产生、放大、调制、变频等。 微波系统由馈线、无源微波电路、有源微波电路以及天线组成。各种无源、有源元器件的功能是对微波信号进行必要的处理或变换, 它们是微波系统的重要组成部分，需要研究其功能，结构和特性。对微波元件共同考虑的问题是：工作频带、驻波系数、功率容量、体积和成本

2、等。微波技术与天线-第五章无源微波电路匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件。在理想情况下110, 1s (a)(b)波导型、(e)(f)同轴型、(g)微带型宽带匹配负载、(c) 大功率匹配干负载、 (d)大功率匹配水负载。精密系统1.02微波技术与天线-第五章无源微波电路波导与同轴连接波导与同轴连接元件元件(1) 波导接头TE10模的矩形波导波导平接头波导平接头波导轭流接头波导轭流接头无机械接触但有良好的电接触，另外可用于大功率系统，但工作频带较窄。无机械接触但有良好的电接触，另外可用于大功率系统，但工作频带较窄。微波技术与天线-第五章无源微波电路波导与同轴连接波导与同轴连接元件元

3、件(2) 同轴接头要求：低驻波比，高频下没有高阶模工作、在连接拆开反复操作之后的高重复性以及机械强度。接头有插头和插座之分。这里介绍N型和SMA型。N型头插座的外直径大约0.625in (1in2.54cm)，使用的频率上限范围为1118GHz，取决于同轴线尺寸大小，结构结实但体积较大。微波技术与天线-第五章无源微波电路波导与同轴连接波导与同轴连接元件元件(2) 同轴接头插座的直径为0.25in，它可以应用频率高至1825GHz的范围，是目前应用最广泛的微波连接器，一般生产商会给出其性能指标。微波技术与天线-第五章无源微波电路 不吸收入射波的任何能量而使其产生全反射。实用的短路器都作成可调的，

4、称为可调短路活塞。要求：(1)保证接触处损耗小，其反射系数的模值应接近于1；(2)当活塞移动时，接触损耗的变化要小；(3)大功率运用时，活塞与波导(同轴线内外壁)间不应发生打火现象。(2)11tantanjlineeeineeeZZjZlZSeZZjZlZ 微波技术与天线-第五章无源微波电路 接触式短路活塞，短路面是电压波节点，电流波腹点，弹簧片长为1/4波导波长，使接触点位于高频电流的节点，以减小损耗，且不易打火。微波技术与天线-第五章无源微波电路衰减器主要用途：衰减器主要用途：(1)改变和控制改变和控制沿微波系统中传输的沿微波系统中传输的功率功率；(2)在微波信在微波信号源与微波系统间插入

5、衰减器可消除系统变化对信号号源与微波系统间插入衰减器可消除系统变化对信号源的影响，起源的影响，起去耦去耦的作用；的作用；(3) 精度高的衰减器，可作精度高的衰减器，可作微波衰减测量的标准。微波衰减测量的标准。对衰减器的要求：对衰减器的要求：衰减量适当、可调节、并保证足够的精度。衰减量适当、可调节、并保证足够的精度。微波技术与天线-第五章无源微波电路一、一、 吸收式矩形波导衰减器吸收式矩形波导衰减器(a)横向可调：吸收片移向波导中央时衰减量加大；横向可调：吸收片移向波导中央时衰减量加大；(b)垂直可调：吸收片从波导宽壁中央深入到波导中时衰减量加大；垂直可调：吸收片从波导宽壁中央深入到波导中时衰减

6、量加大；吸收式衰减器指标：起始衰减量，最大衰减量、衰减器的输入驻波系吸收式衰减器指标：起始衰减量，最大衰减量、衰减器的输入驻波系数和工作频带。数和工作频带。微波技术与天线-第五章无源微波电路二、截止式衰减器二、截止式衰减器圆波导处于截止状态：圆波导处于截止状态： (c c ) )TE11TE1122ckk 衰减系数：衰减系数：221c 2,cc ( )(0)8.68(dB)L lLl截止衰减器通常有2030dB的起始衰减，最大衰减量可达120dB160dB。频带宽，量程大，精度高是其优点。微波技术与天线-第五章无源微波电路三、极化衰减器三、极化衰减器模片模片I I：固定极化作用：固定极化作用模

7、片模片IIII：衰减作用：衰减作用1cos EE 模片模片IIIIII：衰减、固定极化作用：衰减、固定极化作用211coscos EEE 10lg衰减量：ioPLP 2110lg40lg cosEE 微波技术与天线-第五章无源微波电路一、波导一、波导T T型分支结构型分支结构E ET T接头的分支波导平面与主波导接头的分支波导平面与主波导TETE1010 波的电场波的电场E E平行。平行。H HT T接头的分支波导平面与主波导接头的分支波导平面与主波导TETE1010 波的磁场波的磁场H H平行。平行。波导波导T T型分支可用来将功率进行分配与合成型分支可用来将功率进行分配与合成微波技术与天线

8、-第五章无源微波电路一、波导一、波导T T型分支结构型分支结构(a) (a) 1 1、2 2等幅反相输出等幅反相输出 s s1313= -s= -s2323 ，功率均分（，功率均分（3dB)3dB)(b)(b) 1 1、2 2等幅反相激励，等幅反相激励，3 3有输出，功率合成有输出，功率合成(c)(c) 1 1、2 2等幅同相激励，等幅同相激励，3 3无输出无输出等效电路微波技术与天线-第五章无源微波电路一、波导一、波导T T型分支结构型分支结构1122对称性:ss 互易性:ijjiss 性质:3端口激励，1、2端口反相输出2313ss 330设在端口3上将网络本身调好匹配：s 1112131

9、2111313130则：sssssssss 1网络无耗：Hss *111213111213*121113121113*1313131310001000001ssssssssssssssss微波技术与天线-第五章无源微波电路一、波导一、波导T T型分支结构型分支结构1311121212sss 0调节参考面，使1311121212jjsesse 1121 1122220s 1网络无耗：Hss 2 2、3 3端口激励？端口激励？112131112,222sss1 1端口激励端口激励微波技术与天线-第五章无源微波电路一、波导一、波导T T型分支结构型分支结构(a) (a) 1 1、2 2等幅同相输出等

10、幅同相输出 s s1313= s= s2323 ，功率均分（，功率均分（3dB)3dB)(b)(b) 1 1、2 2等幅同相激励，等幅同相激励，3 3有输出，功率合成有输出，功率合成(c)(c) 1 1、2 2等幅反相激励，等幅反相激励，3 3无输出无输出等效电路微波技术与天线-第五章无源微波电路 11211122220S 1112131212sss 同理可得：1 1端口激励端口激励112131112,222sss 13233322,022sss122232112,222sss 2 2端口激励端口激励3 3端口激励端口激励微波技术与天线-第五章无源微波电路二、无耗互易三端口网络的性质二、无耗互

11、易三端口网络的性质性质性质1 1：无耗、互易三端口网络不能同时匹配，即无耗、互易三端口网络不能同时匹配，即S Siiii不可能全部为零。不可能全部为零。反证法：反证法： 121312231323000设：ssSssss 无耗网络的酉条件：无耗网络的酉条件： 1HSS 22*1213132322*122312 13*2223 121323101001sss ssss ss sss 和和于是在于是在S S1212，S S1313，S S2323至少有两个为至少有两个为0 0，但这与振幅条件相矛盾。，但这与振幅条件相矛盾。无耗、互易和全匹配三个条件只能同时满足两个无耗、互易和全匹配三个条件只能同时满足两个微波技术与天线-第五章无源微波电路二、无耗互易三端口网络的性质二、无耗互易三端口网络的性质性质性质2 ： 无耗互易三端口网络的两个端口不可能同时实现匹配，否则退无耗互易三端口网络的两个端口不可能同时实现匹配，否则退化为二端口网络。化为二端口网络。反证法反证法 1213122313233300设ssSsssss 无耗网络无耗网络 1HSS 22*1213132322*122323 1233 13*22213 123323132333101001sss ssss ss ss ss ssss 和和132300ss或或231300ss或或微波技术与天线-第五章