微波技术与天线-第三章-微波元器件课件

1、第3章 微波元器件下 页上 页阻抗匹配与变换元件3.1定向耦合元件3.2微波谐振器3.3微波滤波器与微波铁氧体元件3.4第3章 微波元器件下 页上 页阻抗匹配与变换元件3.1定向 微波雷达系统 Radar System1 - 发射机；2 - 隔离器；3 - 天线转换开关；4 - 馈线波导；5 - 旋转关节；6 - 辐射器； 7 - 天线反射器；8 - 混频器；9 - 可变衰减器；10-本地振荡器；11-前中放大器。64 1 2 3 89101157下 页上 页 微波雷达系统 Radar System1 - 发射机；微波通信系统 Communication System混频器本振功放滤波器滤波器

2、低噪放本振混频器天线中频信号中频信号双工器下 页上 页微波通信系统 Communic 微波测试系统 Test System1235689471 - 小功率振荡器；2 - 固定衰减器；3 - 定向耦合器；4 - 波长计；5 - 可变衰减器；6 - 定向耦合器；7 - 功率指示器；8 - 测量线；9 - 被测元件。下 页上 页 微波测试系统 Test System123568947 微波电路系统下 页上 页 微波电路系统下 页上 页 微波元器件微波环行器功分器微带滤波器数字移相器微波衰减器微波铁氧体移相器下 页上 页 微波元器件微波环行器功分器微带滤波器数字移相器微波衰减器微 微波元件的分类:下

3、页上 页按传输线型分：波导型、同轴型和微带型等。按功能分：连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、 相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等。按变换性质分：线性互易元件：元件中不含有非线性和非互易性的物质。线性非互易元件：元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质，具有非互易特性，其散射矩阵是不对称的。但仍工作于线性区域，属于线性元件范围。非线性元件：元件中含有非线性物质，能对微波信号进行非线性变换，从而引起频率的改变，并能通过电磁控制以改变元件的特性参量。返 回 微波元件的分类:下 页上 页按传输线型分：波导型、同轴型和3-1 阻抗匹配与变换元件下 页上 页电抗性微波元件在微波系统中起着类似于低

4、频电路中L、C及其组合元件的作用。利用在传输线中插入某种元件，由于不连续性而激起的高次模所呈现的不同特性来构成一个相当于集总参数的电感或电容。 波导中的电抗元件电抗性微波元件电感器是指能够集中磁场和存储磁能的元件；电容器是指能够集中电场和存储电能的元件。3-1 阻抗匹配与变换元件下 页上 页电抗性微波元件在微波下 页上 页电容膜片集中电场储存电能adb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。jBY0Y0电纳的近似计算公式为：下 页上 页电容膜片集中电场储存电能adb在矩形波导的横向放下 页上 页电感膜片集中磁场储存磁能通过在波导窄壁上放置金属

5、膜片使波导宽壁上的电流产生分流，从而在膜片的附近产生磁场，并存储磁能。badjXY0Y0电纳近似计算公式：下 页上 页电感膜片集中磁场储存磁能通过在波导窄壁上放置金属谐振窗abba谐振波长：谐振时，并联回路的电抗为无穷大，无反射；失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大；作用：一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振的频率就是可通过的频率。下 页上 页谐振窗abba谐振波长：谐振时，并联回路的电抗为无穷大，下 页上 页销钉ab将销钉看作是具有一定宽度和厚度的窄条电感膜片。电感棒越粗，相对电纳越大。同样直径的电感棒，根数越多，相对电纳越大。销钉根数越多，几何尺寸越大，引起的高次模就越多，高次模所储存

6、的磁场就越大，其等效感性电纳也就越大。jXY0Y0三销钉的相对电纳：下 页上 页销钉ab将销钉看作是具有一定宽度和厚度的窄条电感下 页上 页LbhbhLCCbh螺钉插入波导的深度可以调节，电纳的性质和大小也随之改变，使用方便，是小功率微波设备中常采用的调谐和匹配元件。 螺钉调配器（bolt tuner）下 页上 页LbhbhLCCbh螺钉插入波导的深度可以调节，下 页上 页螺钉调配器的应用下 页上 页螺钉调配器的应用等效成双支节调配器距负载两个固定的位置处各并联一个短路线（或开路线）支节固定d1和d2， d2一般取/8,/4或3/8但不能选/2调节l 1，l2下 页上 页等效成双支节调配器距负

7、载两个固定的位置处各并联一个短路线（或 工作原理 假设已匹配，Yb1 Yb1jB，b必在G1的电导圆上。 从 b 到 a，对应等反射系数圆上逆时针旋转 2d24d2/ a 应在由 G1 的电导圆沿逆时针旋转 所得的辅助圆上。 a 点的导纳不一定在辅助圆上，调节 电纳支路 2 ，使 a 落在辅助圆上。下 页上 页bZLd1abd2bajB1bad2ajB2 工作原理下 页上 页bZLd1abd2bajB1ba缺点：存在死区，某些情况得不到匹配死区：与辅助圆相切的等G圆只适用于匹配由负载产生的驻波比较小的传输线系统。下 页上 页缺点：存在死区，某些情况得不到匹配死区：与辅助圆相切的等G三支节调配器

8、 距负载三个固定的位置处，各并联 一个短路线（或开路线）支节 通常取d3d2/4 （或/8） 调节l 1，l2 ，l3若A点在死区内，调节支节1，使其输入端为开路状态A与A点相同若d2= /4，则B点总能跳出死区再使用支节2和支节3调配下 页上 页三支节调配器 距负载三个固定的位置处，各并联 下 页上 页/4阻抗变换器主传输线特性阻抗为Z0，终端接纯电阻性负载ZL，若ZL Z0 ，则可以在传输线与负载之间接一段特性阻抗为Z1 、长度 l=p0/4 的传输线段来实现匹配。 阻抗变换器设此时 T0 面上的反射系数在中心频率附近，右式可近似为：取模下 页上 页/4阻抗变换器主传输线特性阻抗为Z0，终

9、端接纯下 页上 页根据上述表达式，可以画出 随 变化的曲线如右图所示。可以看出， 随 (或频率)作周期变化，周期为 。如果设 为反射系数模的最大容许值，则由/4 阻抗变换器所提供的工作带宽对应于图中限定的频率范围。通常用分数带宽 Wq 表示频带宽度，Wq 与 m 有如下关系：当 时，GG=m下 页上 页根据上述表达式，可以画出 随 变化的曲线下 页上 页多支节/4阻抗变换器用/4阻抗变换器只有在特定频率上才满足匹配条件, 即/4阻抗变换器的工作频带很窄。要使变换器在较宽的工作频带内仍可实现匹配, 必须采用多阶梯阻抗变换器。下 页上 页多支节/4阻抗变换器用/4阻抗变换器只有在特下 页上 页令图

10、示的两节/4阶梯阻抗变换器 (每节长度均为l = p0/4) 两端所接传输线的特性阻抗分别为Z0 和 ZL (ZL Z0)。当工作于中心频率 f0 时，电长度 = l = /2。0、1 及 2 分别对应各阶梯处参考面上 ( T0、T1 及 T2 ) 的局部电压反射系数。设两节 /4 传输线段的特性阻抗分别为 Z1 和 Z2 (ZL Z1 Z2 Z0 ) ，则局部电压反射系数分别为：下 页上 页令图示的两节/4阶梯阻抗变换器 (每节长度均为下 页上 页在 T0 参考面上， T0 面上总的电压反射系数为： 然而在多节阶梯的情况下，由于多节突变面数目增多，参与抵消作用的反射波数量也增多，从而在m相同

11、的条件下，使工作频带增宽。 对于 N 节阶梯变换器 其模值为： 下 页上 页在 T0 参考面上， T0 面上总的电压反射系数下 页上 页渐变线阻抗变换器渐变线可以看作是由阶梯数目无限增多而每个阶梯段长度无限缩短的阶梯变换器演变而来。渐变线输入端总的反射系数 in 为： 上式取模，则有： 下 页上 页渐变线阻抗变换器渐变线可以看作是由阶梯数目无限增下 页上 页|in|随L的变化曲线下 页上 页|in|随L的变化曲线下 页上 页 连接元件和转接器微波连接元件接头：将相同类型传输线连接在一起的装置。常用接头：同轴接头、波导接头。对接头的基本要求：连接点接触可靠；不引起电磁波的反射；输入驻波比尽可能小

12、,一般在1.2以下；工作频带要宽；电磁能量不会泄漏到接头外面；而且结构要牢靠,装拆方便,容易加工等。下 页上 页 连接元件和转接器微波连接元件接头：将相同类型传下 页上 页波导接头1,2处于半波长短路线的输入端，阻抗为0，电接触良好。抗流接头体积小，工作频带宽，机械加工要求高。平接头短路面下 页上 页波导接头1,2处于半波长短路线的输入端，阻抗为0下 页上 页同轴-波导转接器转接元件它将同轴线的一端加信号，另一端的内导体伸入矩形波导内，则同轴线中的 TEM 模就会激励起矩形波导中的 TE10 模，反之亦然。从而实现了模式变换。为了要使同轴线与波导相匹配，要调节同轴线的内导体插入波导的深度 h

13、以及偏心距 d 及短路活塞位置。下 页上 页同轴-波导转接器转接元件它将同轴线的一端加信号，下 页上 页波导-微带转接器由于矩形波导的等效阻抗通常在300400之间，而微带线特性阻抗一般为50；而且矩形波导的高度b又比微带线衬底高度h大得多，因此两种传输线不能直接相接。通常在波导和微带线之间加一段脊波导过渡段来实现阻抗匹配。下 页上 页波导-微带转接器由于矩形波导的等效阻抗通常在30下 页上 页同轴-微带转接器将同轴线的内导体向外延伸一小段(长度约为 12mm )与微带线中心导带搭接，同轴线的外导体与微带线的接地平面相连的外壳通过法兰相连，这种接头根据报导，可以在 10GHz 以下的频率范围内

14、，得到小于1.15的驻波比，在一般工程中应用得到满意的结果。返 回下 页上 页同轴-微带转接器将同轴线的内导体向外延伸一小段(3-2 定向耦合元件下 页上 页3.2.1 定向耦合器的基本概念工作原理：当功率由端口(1)输入时，一部分功率通过直通端口(2)输出；另一部分功率耦合到副线中，利用各分波的场矢量叠加或波程差，设法使耦合到副线中的波在其中一端口同相叠加形成耦合口，而在另一端口反相抵消形成隔离口。监视功率频率和频谱；分配和合成功率；构成雷达天线的收发开关平衡混频器和测量电桥；测量反射系数和功率应用定向耦合器定向耦合器可等效为四端口网络3-2 定向耦合元件下 页上 页3.2.1 定向耦合器的

15、基下 页上 页 定向耦合器的分类图(a)微带分支定向耦合器； 图(b)波导单孔定向耦合器；图(c)平行耦合线定向耦合器；图(d)波导匹配双T；图(e)波导多孔定向耦合器； 图(f)微带混合环。下 页上 页 定向耦合器的分类图(a)微带分支定向耦合器； 下 页上 页 定向耦合器的技术指标定向耦合器(一) 耦合度C输入端的输入功率 P1 和耦合端的输出功率 P3 之比的分贝数。耦合度又可表示为：由此可见耦合度的分贝数愈大，耦合愈弱。把耦合度为010dB称为强耦合定向耦合器;把耦合度为1020dB称为中等耦合定向耦合器;把大于20dB的耦合度称为弱耦合定向耦合器。下 页上 页 定向耦合器的技术指标定

16、向耦合器(一) 下 页上 页(二) 隔离度D输入端的输入功率 P1 和隔离端的输出功率 P4 之比。用分贝数表示为：在理想情况下，隔离端口应没有输出功率，但由于受设计公式和制造精度的限制，使隔离端口尚有一些功率输出。工程上通常采用耦合端口和隔离端口的输出功率之比的分贝数来表示定向耦合器的定向传输性能，称之为定向性系数 ，即：下 页上 页(二) 隔离度D输入端的输入功率 P1 和隔离端下 页上 页(三) 输入驻波比将除定向耦合器输入端口外的其余各端口均接匹配负载时，输入端的驻波比定义为定向耦合器的输入驻波比。此时的网络输入端的反射系数即为网络的散射参量S11，故有：(四) 工作频带宽度满足定向耦

17、合器上述四个指标的频率范围，即为定向耦合器的工作频带宽度，简称工作带宽。下 页上 页(三) 输入驻波比将除定向耦合器输入端口外的其下 页上 页 定向耦合器的网络分析一个互易、无耗、完全对称、完全匹配的四端口网络的散射参数矩阵可以简化为：无耗网络的一元性性质：一个互易、无耗、完全对称、完全匹配的四端口网络可以构成一个理想定向耦合器。定向耦合器下 页上 页 定向耦合器的网络分析一个互易、无耗、完全对称、下 页上 页若S14=0，四端口网络构成正向定向耦合器，网络参数满足的方程为：设若S13=0，四端口网络构成反向定向耦合器，网络参数满足的方程为：设即：即：理想定向耦合器直通端与耦合端相差90度下

18、页上 页若S14=0，四端口网络构成正向定向耦合器，网络四端口网络的特性四端口网络可以同时具有互易、无耗及完全匹配的特性。性质1 无耗互易四端口网络可以完全匹配，且为一理想定向耦合器（一定有一个口隔离）。性质2 有理想定向性的无耗互易四端口网络不一定四个端口均匹配，即四个端口匹配是定向耦合器的充分非必要条件。性质3 有两个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口电路必为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦自动匹配并相互隔离。 下 页上 页一个可逆无耗四端口网络，各个端口完全匹配，有一个端口同输入端口完全隔离，输入功率在其余两个端口上分配输出，这种网络称为理想定向耦合器。四端口网络的特性四端口网络可以同

19、时具有互易、无耗及完全匹配的下 页上 页3.2.2 平行耦合线定向耦合器当信号从端口1输入，沿主传输线1-2传输时，部分信号能量通过电场（等效为电容耦合）和磁场（等效为电感）耦合到副传输线3-4上，引起电流。通过电容耦合到副线上的电流 Ic3 和 Ic4 分别向端口3和端口4传输，而通过电感耦合到副线的电流 Il 只向端口3传输。两种电流在端口3同向相加，在端口4反向相减。在适当的耦合条件下两部分信号在端口4 相互抵消，使端口4无输出，只有端口2和3有输出，从而构成反向定向耦合器。 基本工作原理下 页上 页3.2.2 平行耦合线定向耦合器当信号从端口1输下 页上 页1111奇模激励偶模激励+

20、平行线定向耦合器的分析求平行耦合线的散射矩阵采用奇偶模激励法分析：偶模激励平行线等效为单根偶模传输线：奇模激励平行线等效为单根奇模传输线：下 页上 页1111奇模激励偶模激励+ 平行线定向耦下 页上 页11偶模激励传输线的S矩阵为：奇模激励传输线的S矩阵为：11下 页上 页11偶模激励传输线的S矩阵为：奇模激励传下 页上 页则任意激励时平行耦合线的S参数为：下 页上 页则任意激励时平行耦合线的S参数为：下 页上 页若要求四个端口完全匹配，则：求平行耦合线定向耦合器实现条件则有 及在中心频率上 ，则有：四端口自然隔离令中心频率下的电压耦合系数下 页上 页若要求四个端口完全匹配，则：求平行耦合线定

21、向耦合S13和S12相位相差90度，故平行耦合线定向耦合器是一全波段90度反向定向耦合器。耦合系数公式：在中心频率上有：下 页上 页在中心频率上耦合最强，偏离中心频率越远，耦合越弱。奇偶模特性阻抗分别为：S13和S12相位相差90度，故平行耦合线定向耦合器是一全波下 页上 页平行耦合线耦合器设计过程设计 平行耦合线定向耦合器时，首先根据中心频率上的耦合系数确定出 k0 ：然后确定奇偶模特性阻抗：由奇偶模特性阻抗便可确定出平行耦合线尺寸和中心频率奇偶模传输线的波导波长。最后确定耦合线段的长度：设计实例下 页上 页平行耦合线耦合器设计过程设计 下 页上 页微带结构改善方向性的方法将耦合区段做成锯齿

22、缝隙以加大电容耦合系数：下 页上 页微带结构改善方向性的方法将耦合区段做成锯齿缝隙以下 页上 页波导单孔定向耦合器3.2.3 波导定向耦合器结构：由主波导以及副波导构成，公共壁为宽壁，耦合机构是开在公共宽壁中央的小孔。波导定向耦合器中线称为主线线称为副线作用：作为功率测量或监视装置等。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。在制造和应用上都有缺点，故较少采用。下 页上 页波导单孔定向耦合器3.2.3 波导定向耦合器结构工作原理：设电磁波信号由端口输入，其中的大部分信号向端口传输，一部分波通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距 ，结果在端口方向的波相位同相而增强

23、，在端口方向则因相位反相而相互抵消。波导双孔定向耦合器采用双孔耦合器可展宽频带，一般为窄带滤波器。公共宽臂或窄臂上相距 的双孔耦合器如右图所示：下 页上 页工作原理：设电磁波信号由端口输入，其中的大部分信号向端口下 页上 页123N多孔定向耦合器（频带较宽）下 页上 页123N多孔定向耦合器（频带较宽）下 页上 页3.2.4 分支定向耦合器分支定向耦合器结构由主线、副线和两条分支线组成的3dB定向耦合器。分支定向耦合器特性当所有端口匹配时，由端口输入的功率：直通臂：输出相位比端口输入的相位滞后p/2。 耦合臂：一路经2lg/4、另一路经2lg/4（等幅同相）在端口输出，输出相位比口输入的相位滞

24、后p。隔离口：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在端口输出， 端口无输出。下 页上 页3.2.4 分支定向耦合器分支定向耦合器结构由主当输入信号分别加于端口和端口时，则在端口输出和信号（和端口），在端口输出差信号（差端口）。信号由端口输入时，端口和为等幅同相输出，端口无输出（隔离端口）；若信号由端口输入，端口和为等幅反相输出，端口无输出（隔离端口）。下 页上 页混合环（环形电桥）例题讲解当输入信号分别加于端口和端口时，则在端口输出和信号（和3.2.5 功率分配器将一路微波功率按一定比例分成 n 路输出的功率元件称为功率分配器。按输出功率比例不同, 可分为等功率分配器和不等功率分配器

25、。在结构上, 大功率往往采用同轴线型而中小功率常采用微带线型。下 页上 页3.2.5 功率分配器将一路微波功率按一定比例分成 n 路输下 页上 页微带三端口功率分配器右图为微带三端口功率分配器的平面结构。输入端口的特性阻抗为 Z0 ，分成的两段微带线电长度为g/4，特性阻抗分别是 Z02 和 Z03 ，终端分别接有电阻 R2 和 R3 。 功率分配器的基本要求: 端口“、”输出功率比值为任意指定值，设为 端口“、”输出电压相等且同相； 端口“”无反射； 微带功率分配器的平面结构下 页上 页微带三端口功率分配器右图为微带三端口功率分配器的下 页上 页根据以上三条有：这样共有 R2、R3、Z02、

26、Z03 四个参数，而只有三个约束条件，故可任意指定其中一个参数。设 R2=kZ0 ，于是由左边两式可得其它参数：再根据传输线理论：下 页上 页根据以上三条有：这样共有 R2、R3、Z02、Z实际的功率分配器终端负载并不是纯电阻，而是特性阻抗为Z0的传输线。可用g/4阻抗变换器（特性阻抗分别为 Z04 和 Z05 ）将其变为所需电阻。由于U2、U3等幅同相，在“、”端跨接电阻Rj，既不会影响功率分配器性能，又可增加隔离度。于是实际功率分配器平面结构如下图所示。下 页上 页薄膜电阻Rj值的确定：阻抗变换器特性阻抗值的确定：实际的功率分配器终端负载并不是纯电阻，而是特性阻抗为Z0的传威尔金森功率分配

27、器是一种有耗三端口完全匹配的网络。它可以实现任意的功率分配比，且输出端口之间可实现隔离。可用微带线来实现。下 页上 页威尔金森功率分配器威尔金森功率分配器是一种有耗三端口完全匹配的网络。它可以实现 Y形分支 T形分支微带天线阵下 页上 页功率分配器的应用微带天线阵元微带线 Y形分支 T形分支微带天线阵下 页上 页功率分配器的应用微串联支路等效在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节串联支路的输入阻抗（近似为纯电抗），作为电抗元件使用。jX12等效3.2.6 波导匹配双T下 页上 页 波导 E-T 分支串联支路等效在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路3臂输入时，信号从1、2臂等幅、反相输出

28、；3臂自身有反射，但若在该臂加入匹配装置，能使3臂的入射能量全部从1、2臂平分输出；下 页上 页能量分配功能 1 臂输入时，从 2、3 臂输出； 2 臂输入时，从 1、3 臂输出；3臂输入时，信号从1、2臂等幅、反相输出；下 页上 页能量两信号分别从1、2臂输入，并且到达分支波导中轴面T面时相位相同，3臂输出两信号之差，称为差信号。若两输入信号等幅，则3臂无输出；信号1 信号2信号1T下 页上 页求差求和信号的功能信号2T信号1 + 信号2信号1信号2两信号分别从1、2臂输入，并且到达分支波导中轴面T面时相位相反，3臂输出两信号之和，称为和信号。两信号分别从1、2臂输入，并且到达分支波导中轴面

29、T面时相位相口输入，、均有输出；口输入，、均有输出口输入，、等幅反相输出、等幅同相输入，口没有输出、等幅反相输入，口输出最大ET分支小结（总与反相联系）下 页上 页口输入，、均有输出；口输入，、均有输出ET分支等效213并联支路123等效下 页上 页 波导 H-T 分支2jX1在3臂加终端短路活塞，就可以移动短路活塞，调节并联支路的输入阻抗（可以等效为纯电抗），作为电抗元件使用。等效213并联支路123等效下 页上 页 波导 H-T 分支下 页上 页能量分配功能3臂输入时，信号从1、2臂等幅、同相输出；3臂自身有反射，但若在该分支波导加入匹配装置，可使3臂的入射能量全部从1、2臂平分输出； 1

30、臂输入时，从2、3臂输出 2臂输入时，从1、3臂输出 下 页上 页能量分配功能3臂输入时，信号从1、2臂等HT分支下 页上 页例题讲解HT分支下 页上 页例题讲解123信号1信号2信号1信号2两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相同，则3臂输出两信号之和，称为和信号。T下 页上 页求和信号的功能123信号1信号2信号1信号2两信号分别从1、2臂输入，且123信号1信号2信号1信号2两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相反，则3臂输出两信号之差，称为差信号。若此时两信号等幅，则3臂无输出；T下 页上 页求差信号的功能123信号1信号2信号1信号2两信号分别从1

31、、2臂输入，且口输入，、均有输出；口输入，、均有输出口输入，、等幅同相输出、等幅同相输入，口输出最大、等幅反相输入，口没有输出HT分支小结（总与同相联系）下 页上 页口输入，、均有输出；口输入，、均有输出HT分支123（E）4（H） 主要特性： 1、2同相输入：3输出差信号，4输出和信号； 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出； 4输入：1、2等幅、同相输出，3无输出； 3、4相互隔离（相互不可传送信号）。 双T散射矩阵下 页上 页 波导匹配双 T 分支普通双T接头123（E）4（H） 主要特性： 双T散射矩阵下 页上 页 132 “3臂、4臂隔离”的原因：T 3臂输入的TE10 模式关于中

32、轴面T反对称，而4臂中TE10模式关于中轴面T对称，故相互不能激励。 3臂（或4臂）输入的TE10 模可以在4臂（或3臂）中激励起高次模，但高次模式不能传输，不能输出。3臂输入，4臂无输出132T4臂输入，3臂无输出下 页上 页132 “3臂、4臂隔离”的原因：T 3臂输入的TE匹配双T（魔T）123（E）4（H）调匹配的装置任何端口都与外接传输线相匹配；3、4匹配之后，1、2自动匹配；3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离； 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出；4输入：1、2等幅、同相输出，3无输出；1、2均有输入：3输出差信号，4输出和信号； 主要特性：下 页上 页 双T散射矩阵对口隔离、

33、邻口3dB 耦合、完全匹配匹配双T（魔T）123（E）4（H）调匹配的装置任何端口都与下 页上 页某雷达的平衡式收发开关匹配双T的应用双联魔T做雷达收发开关来自发射机的大功率信号从魔T1的端口4输入后，只能经由端口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，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。来自雷达天线的回波信号从魔T1接头的端口3输入以后，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，故回波信号可顺利到达魔T2接头的端口1、2并保持等幅反

34、相关系，于是只能经端口3至接收机。下 页上 页某雷达的平衡式收发开关匹配双T的应用双联魔T做雷下 页上 页利用魔T构成微波电桥信号从3口输入，4口检测到的是待测负载和标准负载两者引起的反射信号的差值，调整标准负载直到匹配功率计的读数为零，则得待测负载的阻抗。短路活塞短路活塞匹配信号源匹配负载利用魔T实现对任意负载的调配待测负载阻抗标准负载阻抗匹配信号源匹配功率计利用魔T对口隔离，邻口分配的特性，任意负载引起的反射只能进入E-T分支和H-T分支，不能直接进入1口，短路活塞 ，只要使 就能使进入E-T分支和H-T分支的反射波在接头处抵消、实现1口无反射。返 回下 页上 页利用魔T构成微波电桥信号从

35、3口输入，4口检测到的下 页上 页3-3 微波谐振元件微波谐振器是具有储能与选频特性的微波谐振元件微波谐振器分成两大类传输线类型的谐振器：由微波传输线构成，只要在结构上采取某些措施（如开路或短路等）就可构成微波谐振腔。非传输线类型的谐振器：由特殊空腔构成，形状复杂，不能看成是由某种传输线构成。例如：环形谐振腔、混合同轴线型谐振腔以及其他形状（球形、槽形、扇形）谐振腔等。微波谐振器与集总参数谐振器主要区别分布参数电路多谐性高Q值下 页上 页3-3 微波谐振元件微波谐振器是具有储能与选频下 页上 页3.3.1 微波谐振器的特性参数谐振频率 f0谐振腔中该模式的场发生谐振时的频率，也称固有频率，对应

36、的波长为谐振波长0EejbEejalZ1Z2广义传输线型谐振器可等效为一段长度为l，两端接纯电抗性负载Z1和Z2的传输线。谐振条件用T参考面两边的反射系数来表示，则有相位关系：对于理想电壁或磁壁长为p/2整数倍的短路或开路广义传输线可构成微波传输线型谐振器。下 页上 页3.3.1 微波谐振器的特性参数谐振频率 f0谐由谐振条件可求出 ：由 可求出谐振频率 fr 或谐振波长 r ：对于无色散波：对于色散波：多谐性当谐振腔的尺寸 l，填充的介质以及 Z1 和 Z2（可确定 1 和 2 ）已知时，不同的 p（p=0, 1, 2, ）表示许多不同的谐振波型（振荡模式），对应着不同的 ，即对应着不同的谐

37、振频率 fr下 页上 页由谐振条件可求出 ：由 可求出谐振频率 fr 或谐振下 页上 页品质因数 Q设 P WT / T 为一周期内谐振腔中的平均损耗功率 wr 2 fr 2 / T 为谐振角频率Q0是衡量腔内储能与耗能的一种质量指标，所以称为品质因数； Q0 大表示损耗小，频率选择性强、工作稳定度高，但工作频带窄； Q0 小，则反之微波谐振器的Q0要比集总参数的低频谐振回路的Q0高得多假定无介质损耗，腔内损耗功率只与腔壁内表面材料所引起的导体损耗有关下 页上 页品质因数 Q设 P WT / T 为一周期内等效谐振电导G0是与腔内损耗功率有关的参数将谐振腔等效为集总参数谐振回路的形式设腔内的功

38、率损耗为 P ，则即腔内所选参考面处等效电压幅值CLG0UmG0不唯一，因为Um不唯一，与积分路径及其起点、终点有关等效电路问题：一个谐振腔可以谐振于无穷多模式，每个模式的等效电路一般不同；实际的等效电路应与所选工作模式及工作频率范围对应；所选参考面不同，可等效为LC并联谐振回路也可等效为串联回路等效电导 G0下 页上 页等效谐振电导G0是与腔内损耗功率有关的参数设腔内的功率损耗为 基本振荡模式：电容加载同轴线谐振腔/2 型同轴线谐振腔/4 型同轴线谐振腔由同轴线构成，主模：TEM模 优点：场结构简单、稳定、无色散、无频率下限，工作频率范围宽缺点：Q0 低3.3.2 几种实用的微波谐振器 同轴

39、谐振腔下 页上 页实验教学用同轴谐振腔 基本振荡模式：由同轴线构成，主模：TEM模 缺点：Q0 多谐性调谐:电容调谐（改变 d ）电感调谐（改变 l ）电容加载同轴线谐振腔ldlll2BO下 页上 页电容加载同轴谐振腔又称为缩短电容同轴线谐振腔。它的一端短路，另一端内导体端面与外导体短路面之间形成一个集中电容。多谐性调谐:电容加载同轴线谐振腔ldlll2BO下 页上 页/2型同轴线谐振腔/4 型同轴线谐振腔下 页上 页两端短路的同轴腔一端短路一端开路的同轴腔微波接收器应用（多谐性、调谐）微波衍射仪/2型同轴线谐振腔/4 型同轴线谐振腔下 页上 页两端短将矩形波导上相距为 l 的两处位置用理想导

40、体短路，就构成了矩形谐振腔。 矩形谐振腔振荡模式及其场分布矩形波导 TE 模和 TM 模谐振腔 TEmnp 和 TMmnp，其中下标 m、n 和 p 分别表示场分量沿波导的宽壁，窄壁以及长度上变化的半驻波数下 页上 页 最低振荡模式 TE101 模矩形谐振腔电场分布l将矩形波导上相距为 l 的两处位置用理想导体短路，就构成了下 页上 页谐振波长若矩形谐振腔长为 l ，横截面尺寸为 ab，则其谐振波长为：简并模简并模式的特点：具有相同的谐振频率和不同的电磁场空间分布结构。应用：微波炉，加热器、干燥器等能获得较均匀的加热效果对于TE101模下 页上 页谐振波长若矩形谐振腔长为 l ，横截面尺寸为 a结构：可以看作是两端用导体板封闭的一段长为 l ，半径为 R 的圆波导。其坐标系如右图所示。因此应用广泛，例如：谐振回路、波长计和回波箱等 圆波导谐振腔l2Rzrj下 页上 页特点：品质因数值高；结构坚固；加工方便；调谐方便场分布的分析方法和谐振波长的计算与矩形腔相同。圆柱腔内有TEmnp和TMmnp两种模式 W波段波导频率计对其进行圆形旋转就能改变圆形谐振器的长度，标尺可以读出频率值的大小。返 回设计实例结构：可以看作是两端用导体板封闭的一段长为 l ，半径为 R3-4 微波滤波器与微波铁氧体元件3.4.1 微波滤波器下 页上 页工作频率：滤