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1、2017/7/11,第五章 无源微波电路,1,5.1 引言,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、体积和成本等。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,2
2、,5.1 引言,本章无源微波电路研究的内容： 一端口到六端口的各种微波器件与电路的工作原理与基本性能，并导出它们的散射参量利用传输线理论、导波理论和微波网络理论分析。 微波铁氧体器件对不同方向传输的导波呈现不同的衰减特性和相移特性，在于器件中的铁氧体材料在外加恒定磁场时呈现各向异性，研究铁氧体非互易器件。 微波谐振腔金属矩形腔、圆柱腔、同轴腔、微带谐振腔和介质谐振腔，同时介绍微波中的一种近似方法微扰法。 微波滤波器按功率衰减的频率特性有低通、高通、带通和带阻；按传输线类型有波导型、同轴线型和微带型。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,3,5.2 匹配负载,匹配负载是一种几乎能全部吸收输
3、入功率的单端口元件。在理想情况下,各种匹配负载,(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。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,4,5.2 匹配负载,结构与原理结构：吸收片由薄片状介质(如玻璃)上面敷一薄层金属电阻膜(常用钽或者镍-铬合金)，根据匹配条件确定膜的厚度；原理：吸收片在平行于其表面的微波电场作用下，吸收微波功率，吸收片作成尖劈形为了得到良好的匹配。劈面长度是几倍波导波长，入射波进入匹配负载时，使波通过尖劈时逐渐被吸收而衰减。要求：较宽的工作频带，输入驻波比小，有一定的功率容量 小功率匹配负载在1015
4、的频带内作到驻波比小于1.01到1.05的匹配程度。 大功率水负载的驻波比小于1.05到1.20，能承受的平均功率为数百瓦到几十千瓦。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,5,5.3 波导接头与同轴接头连接元件,(1) 波导接头TE10模的矩形波导,波导平接头,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。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,6,(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型接头,发展于1942年，以贝尔实验室P.Neil命
5、名，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。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,7,(2) 同轴接头,SMA接头(SubMiniature version A ),对较小较轻的接头需求，SMA接头发展于20世纪60年代，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。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,8,5.4 短路器,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，称为可调短路活塞。要求：
6、保证接触处损耗小，其反射系数的模值应接近于1；当活塞移动时，接触损耗的变化要小；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。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,9,5.4 短路器,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。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,10,扼流活塞及其等效电路,2017/7/11,第五章 无源微波电路,11,同轴“S”型扼流式活塞,2017/7/11,第五章 无源微波电路,12,5.5 衰减器,衰减器主要用途：(1)改变和控制沿微波系统中传输的功率；(2)
7、在微波信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，起去偶的作用；(3) 精度高的衰减器，可作微波衰减测量的标准。对衰减器的要求：衰减量适当、可调节、并保证足够的精度。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,13,5.5 衰减器,1. 吸收式矩形波导衰减器,横向可调：吸收片移向波导中央时衰减量加大；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数和工作频带。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,14,2.截止式衰减器,圆波导处于截止状态： (c )TE11,衰减系数：,截止衰减器通常有2030dB的起始
8、衰减，最大衰减量可达120dB160dB。频带宽，量程大，精度高是其优点。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,15,3.旋转极化式衰减器,模片I：固定极化作用,模片II：衰减作用,模片III：衰减、固定极化作用,2017/7/11,第五章 无源微波电路,16,5.6 模式抑制器,TE01模式抑制器,TM01模式抑制器,被抑制模式：,通过模式：,对被抑制的模式，该结构破坏其边界条件，对能通过的模式，该结构顺应其边界条件。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,17,5.7 波导的T形分支,一、波导T型分支结构,ET接头的分支波导平面与主波导TE10 波的电场E平行。,HT接头的分支波
9、导平面与主波导TE10 波的磁场H平行。,波导T型分支可用来将功率进行分配与合成,2017/7/11,第五章 无源微波电路,18,2. ET分支的场结构图及性质,(a) 1、2等幅反相输出 s13= -s23 ，功率均分（3dB),(b) 1、2等幅反相激励，3有输出，功率合成,(c) 1、2等幅同相激励，3无输出,等效电路,2017/7/11,第五章 无源微波电路,19,2. HT分支的场结构图及性质,(a) 1、2等幅同相输出 s13= s23 ，功率均分（3dB),(b) 1、2等幅同相激励，3有输出，功率合成,(c) 1、2等幅反相激励，3无输出,等效电路,2017/7/11,第五章
10、无源微波电路,20,4. E-T分支的s,2017/7/11,第五章 无源微波电路,21,2017/7/11,第五章 无源微波电路,22,5. HT接头的s,2017/7/11,第五章 无源微波电路,23,1端口激励,2端口激励,3端口激励,2017/7/11,第五章 无源微波电路,24,5.7.2 无耗互易三端口网络的性质,性质1：无耗、互易三端口网络不能同时匹配，即Sii不可能全部为零,反证法：,无耗网络的酉条件：,于是在S12，S13，S23至少有两个为0，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,2017/7/11,第五章 无源微波电路,25,性质2 ： 无耗互
11、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。,反证法,无耗网络,若无耗互易三端口网络的端口1和2同时实现匹配，则端口3已被“封闭”，对内已被隔离，端口1和2之间实现全通，三端口网络退化为二端口网络。,2017/7/11,第五章 无源微波电路,26,利用无耗网络的幺正性条件：,解：,2017/7/11,第五章 无源微波电路,27,选择合适参考面则S参量为：,对应的符号,为理想环行器,2017/7/11,第五章 无源微波电路,28,5.8 微带线功分器 (Wilkinson功分器),结构特点：,分支长度为1/4波导波长,分支特征阻抗为,输入输出特征阻抗为,特性：,3dB功分,三端口可同时达到匹配,两个输出端相互隔离,求解：假设2、3端口接匹配负载，O点的并联电导为：,1端口匹配,R=2Zc,2017/7/11,第五章 无源微波电路,29,R=2Zc ？,利用奇偶模法求解,偶模激励,奇模激励,特征值：,2017/7/11,第五章 无源微波电路,30,2017/7/11,第五章 无源微波电路,31,2017/7/11,第五章 无源微波电路,32,2017/7/11,第五章 无源微波电路,33,s矩阵,
