微波技术11-常用微波元件课件

常用微波元件微波元件的功能在于对微波信号进行各种变换，按其变换性质可将微波元件分为如下三类：线性互易元件线性非互易元件非线性元件常用微波元件微波元件的功能在于对微波信号进1线性互易元件凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属于这一类。常用的线性互易元件包括：匹配负载、衰减器、移相器、短路活塞、功分器、微波电桥、定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。线性非互易元件这类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。常用的线性非互易元件有隔离器、环行器等。常用微波元件线性互易元件凡是元件中没有非线性和非互易性2非线性元件这类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。常用的非线性元件有检波器、混频器、变频器等。常用微波元件非线性元件这类元件中含有非线性物质，能对微3微波元件分类近年来，为了实现微波系统的小型化，通常采用由微带和集中参数元件组成的微波集成电路，可以在一块基片上做出大量的元件，组成复杂的微波系统，完成各种不同功能。常用微波元件微波元件分类近年来，为了实现微波系统的小型化4应用于……应用于……5MicrowaveDivision微波技术11-常用微波元件课件6微波技术11-常用微波元件课件7微波技术11-常用微波元件课件8微波技术11-常用微波元件课件9微波技术11-常用微波元件课件10微波技术11-常用微波元件课件11一端口元件对外只有一个物理端口，其功能一般是对确定频率微波信号产生谐振以及作为微波传输系统末端的负载。三种负载类型，其端口的反射系数分别表现为：匹配负载Γ=0短路负载Γ=失配负载|Γ|=常数。

单端口元件常用微波元件一端口元件常用微波元件一端口元件12对短路活塞的主要要求是：①保证接触处的损耗小，其反射系数模应接近1；②当活塞移动时，接触损耗的变化要小；③大功率运用时，活塞与波导壁（或者同轴线的内外导体壁）间不应发生打火现象。短路器的输入阻抗为:短路器的输入端反射系数为:常用微波元件短路负载--短路活塞对短路活塞的主要要求是：常用微波元件短路负载--短路活塞13这表明短路器的输入端反射系数的模应等于1，而相角是可变的。常用微波元件在结构上，短路活塞可做成接触式(左图）和扼流式（右图）两种:这表明短路器的输入端反射系数的模应等于1，而相角14扼流活塞的优点是损耗小，且损耗稳定；缺点是活塞太长。为了减小长度可以采用下图所示山字形和S形扼流活塞。缺点是频带窄，一般只能做到10～15%的带宽。常用微波元件扼流活塞的优点是损耗小，且损耗稳定；缺点是活塞太15低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，在其里面沿电场方向放置一块或者数块劈形吸收片或者楔形吸收体，如图所示：匹配负载波导型常用微波元件低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，16同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或者阶梯型吸收体，如图所示：同轴型常用微波元件同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或者阶梯17高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收物体可以是固体（如石墨和水泥混合物）或液体（通常用水）。常用微波元件高功率型高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收物体可18常用微波元件大功率水冷匹配负载常用微波元件大功率水冷匹配负载19失配负载实用中的失配负载都是做成标准失配负载，具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测量中作标准终端负载。失配负载的结构与匹配负载一样，只是波导口径的尺寸b不同而已。设b0为标准波导窄边尺寸，b为失配负载波导的窄边尺寸，由于常用微波元件失配负载实用中的失配负载都是做成标准失配负载，20则：可见对于不同的b可以得到不同的驻波比。常用微波元件则：常用微波元件21二端口元件b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2a1端口1的电压入射波S11端口1的反射系数a2端口2的电压入射波S22端口2的反射系数b1端口1的电压出射波S12反向传输系数（增益）b2端口2的电压出射波S21正向传输系数（增益）a1b1a2b2S11S22S21

S12常用微波元件二端口元件b1=S11a1+S12a2a1端口1的电压入22二端口元件可以等效为二端口网络，其散射矩阵为常用微波元件二端口元件可以等效为二端口网络，其散射矩阵为23(1)波导接头常用微波元件连接元件其主要指标要求是接触损耗小、驻波比小、功率容量大、工作频带宽。波导连接方法分接触连接和扼流连接两种。它们是借助于焊在待连接元件波导端口上的法兰盘来实现的。法兰盘结构形式分平法兰盘和扼流法兰盘两种，如图所示。功率容量大,频带窄(1)波导接头常用微波元件连接元件其主要指标要24平接头扼流接头扭波导平接头扼流接头扭波导25当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时，则要用到扭转元件。常用微波元件(2)拐角、弯曲和扭转元件对这些元件的要求是：引入的反射尽可能小、工作频带宽、功率容量大。E弯H弯当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向26(1)膜片常用微波元件匹配元件匹配元件的种类很多，这里只介绍膜片，销钉和螺钉匹配器。波导中的膜片是垂直于波导管轴放置的薄金属片，有对称和不对称之分。膜片是波导中常用的匹配元件，一般在调匹配时多用不对称膜片，而当负载要求对称输出时，则需用对称膜片。(1)膜片常用微波元件匹配元件匹配元件的种27

膜片匹配的原理是利用膜片产生的反射来抵消由于负载不匹配所产生的反射波。常用微波元件电抗元件包括电感器和电容器。电感器是指能够集中磁场和存储磁能的元件；而电容器是指能够集中电场和存储电能的元件。电容膜片

电容膜片及其等效电路电纳的近似计算公式为

膜片匹配的原理是利用膜片产生的反射来28常用微波元件矩形波导中的电感膜片及其等效电路如图所示。当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，于是在膜片的附近必然会产生磁场，并存储一部分磁能，因此这种膜片称为电感膜片。电感膜片

电感膜片及其等效电路

电感膜片电纳的近似计算公式为常用微波元件矩形波导中的电感膜片及其等效电29常用微波元件谐振窗

下图给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。即在横向金属膜片上开设一个小窗，称为谐振窗。

常用微波元件谐振窗30矩形波导谐振膜片的应用波导滤波器常用微波元件矩形波导谐振膜片的应用波导滤波器常用微波元件31阶梯阻抗变换器矩形波导谐振膜片的应用常用微波元件阶梯阻抗变换器矩形波导谐振膜片的应用常用微波元件32（3）销钉它在波导中起电感作用，可用作匹配元件和谐振元件，常用于构成波导滤波器。常用微波元件（3）销钉常用微波元件33销钉的相对感纳与棒的粗细有关，棒越细，电感量越大，其相对电纳越小；同样粗细的棒，根数越多，相对电纳越大。置于a/2处的单销钉相对电纳的近似式为常用微波元件销钉的相对感纳与棒的粗细有关，棒越细，电感量越大34螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元件。常用微波元件螺钉调配器螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低功率微波装置中35实用时，为避免波导短路和击穿，通常设计螺钉成容性，作可变电容用，螺钉旋入波导的深度应小于3b/4,b为矩形波导窄边的尺寸。常用微波元件实用时，为避免波导短路和击穿，通常设计螺钉成容性36衰减和相移元件分别用来改变导行系统中电磁场的幅度和相位，衰减器和相移器联合使用，可以调节导行系统中电磁波的传播常数。理想衰减器在衰减量连续可变时，相移量应固定不变。衰减量可变的二端口网络，其散射矩阵为：常用微波元件衰减与相移元件衰减和相移元件分别用来改变导行系统中电磁场的幅37理想相移器应该是一个具有单位振幅，即相位变化过程中，其衰减量固定不变。相移量可变的二端口网络，其散射矩阵为：吸收式衰减器结构变移相器常用微波元件理想相移器应该是一个具有单位振幅，即相位变化38常用微波元件波型变换元件为了从一种导行系统元件过渡到另一种导行系统元件或过渡到同种导行系统的另一种元件并要求产生所需要的工作模式，就需要采用波型变换元件。常用微波元件波型变换元件为了从一种导行系统元件39波导激励的一般方法与装置

（1）探针激励常用微波元件波导激励的一般方法与装置常用微波元件40（2）环激励（3）孔或缝激励常用微波元件（2）环激励常用微波元件41（4）直接过渡

通过波导截面形状的逐渐变形，可将原波导中的模式转换成另一种波导中所需要的模式。矩形波导TE10模转换成圆波导TE11模的方-圆过渡常用微波元件（4）直接过渡常用微波元件42常用微波元件常用微波元件43在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：常用微波元件三端口元件在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：常用微波元件44任意三端口网络的散射矩阵为若元件是互易的，有常用微波元件任意三端口网络的散射矩阵为常用微波元件45常用微波元件性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配，即三个端口不可能同时都匹配。

性质2：任意完全匹配的无耗三端口网络必定非互易，且为环行器，其正、反旋环行器的散射矩阵为和常用微波元件性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配46

波导环形器可以控制电磁波沿某一环形方向传输，在微波系统中主要用于单向传输能量，这种单向传输性能用于微波设备的级与级、级与系统之间就能使它们各自独立工作、互相隔离。常用微波元件波导环形器可以控制电磁波沿某一环形方向传输，47性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。

常用微波元件

性质4：若三端口网络允许有耗，则网络可以是互易和完全匹配的，且有耗的三端口网络可做到输出端口之间隔离（例如）。性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。常用微48T形接头

对于无耗形接头，可用传输线型来表示：

可以选择输出线的特性阻抗来获得不同的功率分配比。常用微波元件三端口功率分配/合成元件T形接头常用微波元件三端口功率分配/合成元件49矩形波导T形接头矩形波导工作在主模TE10，分E-T和H-T接头：H-T接头E-T接头常用微波元件矩形波导T形接头H-T接头E-T接头常用微波元件50左图说明：信号从1臂输入时，主波导2、3臂中距1臂等距离的T2、T3处为等幅反向输出。当T2、T3处有等幅反相信号输入时，则二者在1臂内同向叠加输出。常用微波元件E-T特性分析右图说明：当在2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在1臂中反向抵消而不能从1臂输出，只能在2、3臂中形成驻波。左图说明：常用微波元件E-T特性分析右图说明：51常用微波元件E-T特性分析常用微波元件E-T特性分析52H-T特性分析④②③常用微波元件说明：如上图当信号从分支4臂输入时，2、3臂的T2、T3处信号等幅同相输出；2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在4臂同相叠加输出。H-T特性分析④②③常用微波元件说明：53当2、3臂的T2、T3处输入等幅反相信号时，二者在4臂反相抵消，4臂无输出。常用微波元件④②③H-T分支常用微波元件④②③H-T分支54常用微波元件H-T分支常用微波元件H-T分支55总结：E-T特性：主臂①输入，支臂臂②、③臂等幅反相输出；H-T特性：主臂④输入，支臂臂②、③臂等幅同相输出。常用微波元件总结：常用微波元件56H-T分支功率分配设计结构调节膜片位置x得到不同的功率分配H-T分支功率分配设计结构调节膜片位置x得到不同的功率分配57矩形波导对称Y分支结构及其等效电路图如图所示，分为E面分支和H面分支；前者为串联分支，后者为并联分支。E-Y分支H-Y分支常用微波元件对称Y分支E-Y分支H-Y分支常用微波元件对称Y分支58三种作为功率分配器的波导Y分支分配给分支波导的功率与其高度成正比。因此，适当的选择高度和就可以得到任意的功率分配比。常用微波元件三种作为功率分配器的波导Y分支常用微波元件59假如三端口分配器含有有耗元件，便可以做到所有端口匹配，而二个输出端口则不可能完全隔离。威尔金森功率分配器常用微波元件电阻性功率分配器假如三端口分配器含有有耗元件，便可以做到所有端口60设计公式

为功率分配比

常用微波元件设计公式常用微波元件61四端口元件定向耦合器四端口元件定向耦合器62微波技术11-常用微波元件课件63四端口[S]参数性质性质1:无耗互易四端口网络可以完全匹配，而为一理想定向耦合器。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，即是说四个端口匹配是定向耦合的充分条件，而不是必要条件。性质3:有二个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦匹配并相互隔离。常用微波元件四端口元件四端口[S]参数性质常用微波元件四端口元件64定向耦合器耦合度：定向性：常用微波元件四端口元件定向耦合器常用微波元件四端口元件65隔离度：有：不同形式的定向耦合器（1）Bethe孔耦合器Bethe孔耦合器是一种单孔耦合器。为获得定向性，该单孔需开在两个矩形波导的公共宽壁上，如图所示常用微波元件隔离度：常用微波元件66工作原理：小孔可用电和磁偶极矩构成的等效源来代替，调节两个等效源的相对振幅可以消除在隔离端口方向的辐射，而增强在耦合端口方向的辐射，从而获得理想的定向性。常用微波元件工作原理：小孔可用电和磁偶极矩构成的等效源来代替，调节两67（2）波导多孔定向耦合器

单孔耦合器的缺点是频带窄。宽频带应用时可采用多孔耦合器。以双孔耦合器为例说明工作原理

设波导由端口①输入，大部分波向端口②传输，一部分波通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距λ/4，结果在端口③方向的波相位同相而增强，在端口④方向则因相位反相而相互抵消。常用微波元件（2）波导多孔定向耦合器常用微波元件68（3）耦合线定向耦合器

其特性是:

由端口①输入的信号一部分传至端口②，一部分耦合至副线由端口③输出，端口④无输出。对耦合微带线或其它非TEM线，奇，偶模速度不相同，耦合器的定向性就要变差。为改变性能，需要采取相应的速度补偿措施，如加介质覆盖层，采用各向异性基片，耦合段做成锯齿形等。常用微波元件（3）耦合线定向耦合器常用微波元件69（4）正交混合电桥

分支线耦合器的特性是：当所有端口匹配时，由端口①输入的功率在端口②和③之间平分且有90°相位差，端口④无输出（隔离端口）。其S矩阵为常用微波元件（4）正交混合电桥常用微波元件70（5）180°混合电桥该图为混合环1.5lTEM线（带状线或微带线）并联连接而成。

信号由端口①输入时，端口②和③等幅同相输出，端口④无输出；信号由端口④输入时，端口②和③等幅反相输出，端口①无输出。当用作功率合成器时，信号同时加于端口②和③，则端口①输出“和”信号，端口④输出“差”信号。常用微波元件（5）180°混合电桥常用微波元件71魔T的重要特性：1）四个端口完全匹配2）臂④和臂③相互隔离，两侧臂①和②相互隔离；3）进入一侧臂②的信号，由臂④和臂③等分输出，而另一侧壁无输出；4）进入H臂④的信号，由两侧臂等幅同相输出，而E臂③无输出；5）进入E臂③的信号，由两侧臂等幅反相输出，而H臂④无输出；6）两侧臂②和①同时输入信号，臂④为和口、臂③为差口输出。常用微波元件波导匹配魔T魔T的重要特性：常用微波元件波导匹配魔T72微波技术11-常用微波元件课件73定义：用完全相同的电抗元件以周期性间隔加载的导行系统称为微波周期结构。所有的周期结构都具有如下共性：①类似于滤波器的带通和带阻特性；②周期结构上的导波为慢波，其相速度比未加载线的相速度要慢。微波周期结构--电磁慢波常用微波元件定义：用完全相同的电抗元件以周期性间隔加载的导行微波周期结构74微波技术11-常用微波元件课件75微波技术11-常用微波元件课件76微波技术11-常用微波元件课件77将系统移动周期长度的整数倍时，它与移动前的结构完全重合。此时，在给定的稳态频率下，对于系统沿其中某个特定传输波型，它在某截面处的场与相隔周期长度整数倍处的场仅仅相差一个复数常数。福罗奎定理可用电场矢量表示成：（1）其周期与周期结构的空间周期相同，记作L，即有（2）常用微波元件福罗奎（Floquet）定理将系统移动周期长度的整数倍时，它与移动前的结常用微波78设E1和E2是相隔为mL的两个截面上的场，m为整数。则位置1：位置2：由（2）式，可得E0(x,y,z)是空间周期函数，应用付氏级数按周期L展开，有设E1和E2是相隔为mL的两个截面上的场，m为整数。则位置179根据正交性原理可求出级数的系数E0n(x,y)为因此考虑无耗，则这里根据正交性原理可求出级数的系数E0n(x,y)为因此考虑无耗80上述分析结构表明：在周期结构中所传播的不是一个振幅沿z为常数的正弦行波，而是一个非正弦行波，或者说是一个振幅沿z周期性变化的行波。此行波可应用傅立叶方法分解成一系列振幅沿z为常数的正弦行波。它们各自以自己的振幅和相移常数沿系统传播，其总和则构成周期结构系统中总的场分布。每一个波我们称之为一个空间谐波，n=0为基波，其余称为n次空间谐波。其场沿横截面的分布E0n(x,y)与z无关；其相移常数为。相速度（慢波）群速度呢？？？(8.5-9)式上述分析结构表明：在周期结构中所传播的不是一个振幅沿z为常数81微波周期结构的应用(1)电磁带隙结构(EBGs)(2)电磁慢波结构(3)左手材料自学内容微波周期结构的应用(1)电磁带隙结构(EBGs)(2)电82铁氧体的一般性质铁氧体元件常用微波元件铁氧体是由金属氧化物混合烧结而成的磁性材料。其化学表示一般为MO·Fe2O3，其中M代表二价金属如：锰、镁、锌、镍、镉等或者是它们的混合物。机械性能类似于陶瓷，其质硬而脆。铁氧体电阻率高106~109Ω•cm，比铁高12倍以上铁氧体电性能近似于绝缘体，有时称非金属磁性材料铁氧体的一般性质铁氧体元件常用微波元件铁氧体83铁氧体的张量磁导率为

式中常用微波元件铁氧体的张量磁导率为常用微波元件841.在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波，是圆极化TEM波；2.对于圆极化波，铁氧体的导磁率不再为张量而为标量，这意味着磁化铁氧体媒质对圆极化波表现为各向同性，但导磁率的大小与圆极化波的旋转方向有关。旋磁效应1.铁磁谐振效应常用微波元件1.在铁氧体中沿恒定磁场方向传播的平面波，是圆极化常用微波元85注意：左旋波的旋转方向与进动方向相反，在任何频率上都无法同步，故不发生谐振。因此，铁磁谐振仅对右旋波而言。常用微波元件正旋圆极化波的相速为零，波不传播，这种现象称为铁磁谐振。注意：左旋波的旋转方向与进动方向相反，在任何频率上都无法同步86定义：线性极化波在纵向磁化铁氧体内传播过程中极化方向发生旋转的效应。

产生机理：一个线性极化波可以分解为两个旋转方向相反的圆极化波，而这两个圆极化波在纵向磁化的铁氧体媒质中传播的相速不同(相位常数不同)，因此，传播途中不同距离上两圆极化波合成的线极化波的极化方向不同，即极化面发生了旋转。如下图所示：常用微波元件2.法拉第旋转效应定义：线性极化波在纵向磁化铁氧体内传播过程中极化方向发生旋转87由于线性极化波是恒定磁场(顺着磁场方向)分为右旋和左旋圆极化波，因此，只要恒定磁场方向不变，无论波沿+z方向或沿-z方向传播，极化面旋转方向是不变。这一特性称为法拉第旋转的非互易性。常用微波元件由于线性极化波是恒定磁场(顺着磁场方向)分为右旋88常用微波元件3.场移效应定义：场移效应是对放入导波系统中的铁氧体，外加横向横磁场(垂直于波的传播方向)时，使导波场的分布产生横向移动的效应。非线性各向异性磁性材料磁导率随外加磁场而变（非线性）电磁波从不同角度通过磁化铁氧体，呈现出铁磁谐振、谐振吸收和法拉第极化旋转效应等非互易特性可构成隔离器、环形器、移相器等总结铁氧体常用微波元件3.场移效应定义：场移效应是对放入导波系统中的89微波铁氧体元件隔离器—常用于微波源与负载之间，使全部功率传至负载而反射功率不反射至微波源。常用微波元件场移式隔离器谐振式隔离器法拉第旋转式隔离器微波铁氧体元件常用微波元件场移式隔离器90铁氧体侧面上贴一薄电阻片(或电阻膜层)，电阻片可将反向波吸收掉而只传输正向波，从而构成了一个隔离器，如图：缺点：因靠电阻片吸收反射波，故仅适用于低功率。常用微波元件场移式隔离器铁氧体侧面上贴一薄电阻片(或电阻膜层)，电阻片可将常用微波元91利用铁氧体对右旋圆极化波产生谐振吸收的特性可作成谐振式隔离器。可用于高功率系统。常用微波元件谐振式隔离器利用铁氧体对右旋圆极化波产生谐振吸收的特性可作成常用微波元件92它由一段扭转45°的矩形波导和一段45°法拉第旋转圆波导相连，圆波导的另一端为圆到矩形变换器。常用微波元件法拉第旋转式隔离器正向波：电场始终与电阻片垂直，电阻片不吸收反向波：输出端口与电阻片平行，吸收它由一段扭转45°的矩形波导和一段45°法拉第旋转圆波常用微93环形器、移相器（略）常用微波元件作业8.4环形器、移相器（略）常用微波元件作业8.494Theend！祝同学们学习顺利!Theend！祝同学们学习顺利!95常用微波元件微波元件的功能在于对微波信号进行各种变换，按其变换性质可将微波元件分为如下三类：线性互易元件线性非互易元件非线性元件常用微波元件微波元件的功能在于对微波信号进96线性互易元件凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属于这一类。常用的线性互易元件包括：匹配负载、衰减器、移相器、短路活塞、功分器、微波电桥、定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。线性非互易元件这类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。常用的线性非互易元件有隔离器、环行器等。常用微波元件线性互易元件凡是元件中没有非线性和非互易性97非线性元件这类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。常用的非线性元件有检波器、混频器、变频器等。常用微波元件非线性元件这类元件中含有非线性物质，能对微98微波元件分类近年来，为了实现微波系统的小型化，通常采用由微带和集中参数元件组成的微波集成电路，可以在一块基片上做出大量的元件，组成复杂的微波系统，完成各种不同功能。常用微波元件微波元件分类近年来，为了实现微波系统的小型化99应用于……应用于……100MicrowaveDivision微波技术11-常用微波元件课件101微波技术11-常用微波元件课件102微波技术11-常用微波元件课件103微波技术11-常用微波元件课件104微波技术11-常用微波元件课件105微波技术11-常用微波元件课件106一端口元件对外只有一个物理端口，其功能一般是对确定频率微波信号产生谐振以及作为微波传输系统末端的负载。三种负载类型，其端口的反射系数分别表现为：匹配负载Γ=0短路负载Γ=失配负载|Γ|=常数。

单端口元件常用微波元件一端口元件常用微波元件一端口元件107对短路活塞的主要要求是：①保证接触处的损耗小，其反射系数模应接近1；②当活塞移动时，接触损耗的变化要小；③大功率运用时，活塞与波导壁（或者同轴线的内外导体壁）间不应发生打火现象。短路器的输入阻抗为:短路器的输入端反射系数为:常用微波元件短路负载--短路活塞对短路活塞的主要要求是：常用微波元件短路负载--短路活塞108这表明短路器的输入端反射系数的模应等于1，而相角是可变的。常用微波元件在结构上，短路活塞可做成接触式(左图）和扼流式（右图）两种:这表明短路器的输入端反射系数的模应等于1，而相角109扼流活塞的优点是损耗小，且损耗稳定；缺点是活塞太长。为了减小长度可以采用下图所示山字形和S形扼流活塞。缺点是频带窄，一般只能做到10～15%的带宽。常用微波元件扼流活塞的优点是损耗小，且损耗稳定；缺点是活塞太110低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，在其里面沿电场方向放置一块或者数块劈形吸收片或者楔形吸收体，如图所示：匹配负载波导型常用微波元件低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，111同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或者阶梯型吸收体，如图所示：同轴型常用微波元件同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或者阶梯112高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收物体可以是固体（如石墨和水泥混合物）或液体（通常用水）。常用微波元件高功率型高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收物体可113常用微波元件大功率水冷匹配负载常用微波元件大功率水冷匹配负载114失配负载实用中的失配负载都是做成标准失配负载，具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测量中作标准终端负载。失配负载的结构与匹配负载一样，只是波导口径的尺寸b不同而已。设b0为标准波导窄边尺寸，b为失配负载波导的窄边尺寸，由于常用微波元件失配负载实用中的失配负载都是做成标准失配负载，115则：可见对于不同的b可以得到不同的驻波比。常用微波元件则：常用微波元件116二端口元件b1=S11a1+S12a2b2=S21a1+S22a2a1端口1的电压入射波S11端口1的反射系数a2端口2的电压入射波S22端口2的反射系数b1端口1的电压出射波S12反向传输系数（增益）b2端口2的电压出射波S21正向传输系数（增益）a1b1a2b2S11S22S21

S12常用微波元件二端口元件b1=S11a1+S12a2a1端口1的电压入117二端口元件可以等效为二端口网络，其散射矩阵为常用微波元件二端口元件可以等效为二端口网络，其散射矩阵为118(1)波导接头常用微波元件连接元件其主要指标要求是接触损耗小、驻波比小、功率容量大、工作频带宽。波导连接方法分接触连接和扼流连接两种。它们是借助于焊在待连接元件波导端口上的法兰盘来实现的。法兰盘结构形式分平法兰盘和扼流法兰盘两种，如图所示。功率容量大,频带窄(1)波导接头常用微波元件连接元件其主要指标要119平接头扼流接头扭波导平接头扼流接头扭波导120当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时，则要用到扭转元件。常用微波元件(2)拐角、弯曲和扭转元件对这些元件的要求是：引入的反射尽可能小、工作频带宽、功率容量大。E弯H弯当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向121(1)膜片常用微波元件匹配元件匹配元件的种类很多，这里只介绍膜片，销钉和螺钉匹配器。波导中的膜片是垂直于波导管轴放置的薄金属片，有对称和不对称之分。膜片是波导中常用的匹配元件，一般在调匹配时多用不对称膜片，而当负载要求对称输出时，则需用对称膜片。(1)膜片常用微波元件匹配元件匹配元件的种122

膜片匹配的原理是利用膜片产生的反射来抵消由于负载不匹配所产生的反射波。常用微波元件电抗元件包括电感器和电容器。电感器是指能够集中磁场和存储磁能的元件；而电容器是指能够集中电场和存储电能的元件。电容膜片

电容膜片及其等效电路电纳的近似计算公式为

膜片匹配的原理是利用膜片产生的反射来123常用微波元件矩形波导中的电感膜片及其等效电路如图所示。当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，于是在膜片的附近必然会产生磁场，并存储一部分磁能，因此这种膜片称为电感膜片。电感膜片

电感膜片及其等效电路

电感膜片电纳的近似计算公式为常用微波元件矩形波导中的电感膜片及其等效电124常用微波元件谐振窗

下图给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。即在横向金属膜片上开设一个小窗，称为谐振窗。

常用微波元件谐振窗125矩形波导谐振膜片的应用波导滤波器常用微波元件矩形波导谐振膜片的应用波导滤波器常用微波元件126阶梯阻抗变换器矩形波导谐振膜片的应用常用微波元件阶梯阻抗变换器矩形波导谐振膜片的应用常用微波元件127（3）销钉它在波导中起电感作用，可用作匹配元件和谐振元件，常用于构成波导滤波器。常用微波元件（3）销钉常用微波元件128销钉的相对感纳与棒的粗细有关，棒越细，电感量越大，其相对电纳越小；同样粗细的棒，根数越多，相对电纳越大。置于a/2处的单销钉相对电纳的近似式为常用微波元件销钉的相对感纳与棒的粗细有关，棒越细，电感量越大129螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元件。常用微波元件螺钉调配器螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低功率微波装置中130实用时，为避免波导短路和击穿，通常设计螺钉成容性，作可变电容用，螺钉旋入波导的深度应小于3b/4,b为矩形波导窄边的尺寸。常用微波元件实用时，为避免波导短路和击穿，通常设计螺钉成容性131衰减和相移元件分别用来改变导行系统中电磁场的幅度和相位，衰减器和相移器联合使用，可以调节导行系统中电磁波的传播常数。理想衰减器在衰减量连续可变时，相移量应固定不变。衰减量可变的二端口网络，其散射矩阵为：常用微波元件衰减与相移元件衰减和相移元件分别用来改变导行系统中电磁场的幅132理想相移器应该是一个具有单位振幅，即相位变化过程中，其衰减量固定不变。相移量可变的二端口网络，其散射矩阵为：吸收式衰减器结构变移相器常用微波元件理想相移器应该是一个具有单位振幅，即相位变化133常用微波元件波型变换元件为了从一种导行系统元件过渡到另一种导行系统元件或过渡到同种导行系统的另一种元件并要求产生所需要的工作模式，就需要采用波型变换元件。常用微波元件波型变换元件为了从一种导行系统元件134波导激励的一般方法与装置

（1）探针激励常用微波元件波导激励的一般方法与装置常用微波元件135（2）环激励（3）孔或缝激励常用微波元件（2）环激励常用微波元件136（4）直接过渡

通过波导截面形状的逐渐变形，可将原波导中的模式转换成另一种波导中所需要的模式。矩形波导TE10模转换成圆波导TE11模的方-圆过渡常用微波元件（4）直接过渡常用微波元件137常用微波元件常用微波元件138在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：常用微波元件三端口元件在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：常用微波元件139任意三端口网络的散射矩阵为若元件是互易的，有常用微波元件任意三端口网络的散射矩阵为常用微波元件140常用微波元件性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配，即三个端口不可能同时都匹配。

性质2：任意完全匹配的无耗三端口网络必定非互易，且为环行器，其正、反旋环行器的散射矩阵为和常用微波元件性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配141

波导环形器可以控制电磁波沿某一环形方向传输，在微波系统中主要用于单向传输能量，这种单向传输性能用于微波设备的级与级、级与系统之间就能使它们各自独立工作、互相隔离。常用微波元件波导环形器可以控制电磁波沿某一环形方向传输，142性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。

常用微波元件

性质4：若三端口网络允许有耗，则网络可以是互易和完全匹配的，且有耗的三端口网络可做到输出端口之间隔离（例如）。性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。常用微143T形接头

对于无耗形接头，可用传输线型来表示：

可以选择输出线的特性阻抗来获得不同的功率分配比。常用微波元件三端口功率分配/合成元件T形接头常用微波元件三端口功率分配/合成元件144矩形波导T形接头矩形波导工作在主模TE10，分E-T和H-T接头：H-T接头E-T接头常用微波元件矩形波导T形接头H-T接头E-T接头常用微波元件145左图说明：信号从1臂输入时，主波导2、3臂中距1臂等距离的T2、T3处为等幅反向输出。当T2、T3处有等幅反相信号输入时，则二者在1臂内同向叠加输出。常用微波元件E-T特性分析右图说明：当在2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在1臂中反向抵消而不能从1臂输出，只能在2、3臂中形成驻波。左图说明：常用微波元件E-T特性分析右图说明：146常用微波元件E-T特性分析常用微波元件E-T特性分析147H-T特性分析④②③常用微波元件说明：如上图当信号从分支4臂输入时，2、3臂的T2、T3处信号等幅同相输出；2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在4臂同相叠加输出。H-T特性分析④②③常用微波元件说明：148当2、3臂的T2、T3处输入等幅反相信号时，二者在4臂反相抵消，4臂无输出。常用微波元件④②③H-T分支常用微波元件④②③H-T分支149常用微波元件H-T分支常用微波元件H-T分支150总结：E-T特性：主臂①输入，支臂臂②、③臂等幅反相输出；H-T特性：主臂④输入，支臂臂②、③臂等幅同相输出。常用微波元件总结：常用微波元件151H-T分支功率分配设计结构调节膜片位置x得到不同的功率分配H-T分支功率分配设计结构调节膜片位置x得到不同的功率分配152矩形波导对称Y分支结构及其等效电路图如图所示，分为E面分支和H面分支；前者为串联分支，后者为并联分支。E-Y分支H-Y分支常用微波元件对称Y分支E-Y分支H-Y分支常用微波元件对称Y分支153三种作为功率分配器的波导Y分支分配给分支波导的功率与其高度成正比。因此，适当的选择高度和就可以得到任意的功率分配比。常用微波元件三种作为功率分配器的波导Y分支常用微波元件154假如三端口分配器含有有耗元件，便可以做到所有端口匹配，而二个输出端口则不可能完全隔离。威尔金森功率分配器常用微波元件电阻性功率分配器假如三端口分配器含有有耗元件，便可以做到所有端口155设计公式

为功率分配比

常用微波元件设计公式常用微波元件156四端口元件定向耦合器四端口元件定向耦合器157微波技术11-常用微波元件课件158四端口[S]参数性质性质1:无耗互易四端口网络可以完全匹配，而为一理想定向耦合器。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，即是说四个端口匹配是定向耦合的充分条件，而不是必要条件。性质3:有二个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦匹配并相互隔离。常用微波元件四端口元件四端口[S]参数性质常用微波元件四端口元件159定向耦合器耦合度：定向性：常用微波元件四端口元件定向耦合器常用微波元件四端口元件160隔离度：有：不同形式的定向耦合器（1）Bethe孔耦合器Bethe孔耦合器是一种单孔耦合器。为获得定向性，该单孔需开在两个矩形波导的公共宽壁上，如图所示常用微波元件隔离度：常用微波元件161工作原理：小孔可用电和磁偶极矩构成的等效源来代替，调节两个等效源的相对振幅可以消除在隔离端口方向的辐射，而增强在耦合端口方向的辐射，从而获得理想的定向性。常用微波元件工作原理：小孔可用电和磁偶极矩构成的等效源来代替，调节两162（2）波导多孔定向耦合器

单孔耦合器的缺点是频带窄。宽频带应用时可采用多孔耦合器。以双孔耦合器为例说明工作原理

设波导由端口①输入，大部分波向端口②传输，一部分波通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距λ/4，结果在端口③方向的波相位同相而增强，在端口④方向则因相位反相而相互抵消。常用微波元件（2）波导多孔定向耦合器常用微波元件163（3）耦合线定向耦合器

其特性是:

由端口①输入的信号一部分传至端口②，一部分耦合至副线由端口③输出，端口④无输出。对耦合微带线或其它非TEM线，奇，偶模速度不相同，耦合器的定向性就要变差。为改变性能，需要采取相应的速度补偿措施，如加介质覆盖层，采用各向异性基片，耦合段做成锯齿形等。常用微波元件（3）耦合线定向耦合器常用微波元件164（4）正交混合电桥

分支线耦合器的特性是：当所有端口匹配时，由端口①输入的功率在端口②和③之间平分且有90°相位差，端口④无输出（隔离端口）。其S矩阵为常用微波元件（4）正交混合电桥常用微波元件165（5）180°混合电桥该图为混合环1.5lTEM线（带状线或微带线）并联连接而成。

信号由端口①输入时，端口②和③等幅同相输出，端口④无输出；信号由端口④输入时，端口②和③等幅反相输出，端口①无输出。当用作功率合成器时，信号同时加于端口②和③，则端口①输出“和”信号，端口④输出“差”信号。常用微波元件（5）180°混合电桥常用微波元件166魔T的重要特性：1）四个端口完全匹配2）臂④和臂③相互隔离，两侧臂①和②相互隔离；3）进入一侧臂②的信号，由臂④和臂③等分输出，而另一侧壁无输出；4）进入H臂④的信号，由两侧臂等幅同相输出，而E臂③无输出；5）进入E臂③的信号，由两侧臂等幅反相输出，而H臂④无输出；6）两侧臂②和①同时输入信号，臂④为和口、臂③为差口输出。常用微波元件波导匹配魔T魔T的重要特性：常用微波元件波导匹配魔T167微波技术11-常用微波元件课件168定义：用完全相同的电抗元件以周期性间隔加载的导行系统称为微波周期结构。所有的周期结构都具有如下共性：①类似于滤波器的带通和带阻特性；②周期结构上的导波为慢波，其相速度比未加载线的相速度要慢。微波周期结构--电磁慢波常用微波元件定义：用完全相同的电抗元件以周期性间隔加载的导行微波周期结构169微波技术11-常用微波元件课件170微波技术11-常用微波元件课件171微波技术11-常用微波元件课件172将系统移动周期长度的整数倍时，它与移动前的结构完全重合。此时，在给定的稳态频率下，对于系统沿其中某个特定传输波型，它在某截面处的场与相隔周期长度整数倍处的场仅仅相差一个复数常数。福罗奎定理可用电场矢量表示成：（1）其周期与周期结构的空间周期相同，记作L，即有（2）常用微波元件福罗奎（Floquet）定理将系统移动周期长度的整数倍时，它与移动前的结常用微波173设E1和E2是相隔为mL的两个截面上的场，m为整数。则位置1：位置2：由（2）式，可得E0(x,y,z)是空间周期函数，应用付氏级数按周期L展开，有设E1和E2是相隔为mL的两个截面上的场，m为整数。则位置1174根据正交性原理可求出级数的系数E0n(x,y)为