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1、主要内容：微波无源元器件微波有源元器件微波集成电路简介,第九章 微波元器件与集成电路,微波元器件,无源元器件,有源元器件,（重点）,（了解）,8. 1 电抗元件,3、 若传输线中的不均匀区域具有电容或电感的性质，可以等效为电感或电容，即电抗元件 。,4、原理： 在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，可以分解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输，而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均匀区附近储存了高次模式的电磁场能量。 若储存的主要是电场能量，则不均匀区域相当于一个储存电能的电容；若储存的主要是磁场能量，则不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。,一、基本概念,2、 传输线中的不
2、均匀区域：传输线中结构、尺寸、参数发生突变的区域。,1、 终端短路或开路的传输线 电抗元件,等效,二、常见电抗元件,三、矩形波导中的金属膜片,1、容性膜片：,a,b,d,2、感性膜片：,a,d,b,d,俯视,横截面,3、谐振窗：,a,b,谐振波长：,谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），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。,b,a,四、矩形波导中的金属销钉,1、容性销钉：,2、电纳可调螺钉：,为防止出现串联谐振和击穿现象，销钉一般旋进深度较小，工作于容性状态。销钉越粗，电容值越大。,d,四支节负载匹配装置
3、,一个可调销钉相当于一个并联电抗支节,五、传输线中的阶梯,1、矩形波导E面阶梯：,E面：与电场矢量平行的平面,2、矩形波导H面阶梯：,H面：与磁场矢量平行的平面,3、同轴线中的阶梯,六、微带电路中的电容、电感,1、串联电容：,2、串联电感：,一段无耗短传输线,一段Zc大的短传输线可等效为串联电感； 一段Zc小的短传输线可等效为并联电容。,若Zc大，则L大， C小可忽略若Zc小，则C大， L小可忽略,当介质基片厚度一定时，微带宽度W，则Zc；,预备知识：,一段窄的短微带线可等效为串联电感； 一段宽的短微带线可等效为并联电容。,l,用高阻抗微带短线实现串联电感,高阻抗段,3、串联在传输线上的谐振回
4、路：,L,C,l,4、并联电容、电感：,用低阻抗线实现并联电容：,低阻抗段,5、并联在传输线上的谐振回路：,在传输线上并联一个或多个支节，这些支节等效于串联或并联谐振回路。,6、微带线中的串联电阻：,R,高阻金属薄膜，吸收电磁能量,9. 2 微 波 滤 波 器,一、低频滤波器设计,将所需其他滤波器的衰减特性通过频率变换，得到对应的低通滤波器衰减特性； 设计该对应的低通滤波器的电路结构和元件值； 应用频率变换，得到所需滤波器的电路结构和元件值。,（衰减）,（频率）,低通滤波器的设计已非常成熟； 低通滤波器：最平坦式、切比雪夫式、椭圆函数式,二、微波滤波器设计,先按低频滤波器的常规设计方法，设计出
5、低频集总元件滤波器，得到其电路结构和每一个元件值；,然后，用微波频段的元件代替已设计电路中的集总元件，该过程称为集总参数电路的微波实现。,如，波导中，电感、电容就可以用波导膜片、销钉来实现，微带电路中也可用微带间隙、分支等来实现电感、电容。,三、微带滤波器,集总元件电路,1、低通滤波器1,微带电路实现方案,L,L,C,（电感）,（交指电容）,C1,C3,C5,L2,L4,L6,高阻抗短线（窄线） 相当于 串联电感 低阻抗短线 （宽线）相当于 并联电容 经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。,2、低通滤波器2,集总元件电路,C2,C4,L1,L3,椭
6、圆函数式低通滤波器,L2,L4,L5,C6,3、低通滤波器3,微带电路实现方案,4、带通滤波器,输入,输出,微带段两端开路，波导波长等于 g 的电磁波才可以在微带段上谐振并持续存在；,微带段与微带段之间有能量耦合；,输入信号中，只有谐振频率及其附近频率的信号才可以一级一级耦合到输出口，故为带通滤波器。,平行耦合微带型带通滤波器,某实际微带电路中的耦合带通滤波器,屏蔽盒中的微带带通滤波器,将 微带段折弯，以减小体积,平行耦合微带型带通滤波器的变形,同轴线输入,同轴线输出,5、带阻滤波器,g1 /4,终端开路,输入,输出,对于波导波长等于 g1 、g2 、g3 的电磁波而言，并联的终端开路 四分之
7、一支节实现了对地短路的功能，这些频率的信号 不能通过，故为带阻滤波器。,带阻滤波器实例,四、同轴线滤波器,C2,C4,L1,L3,L5,用高、低阻抗同轴线实现低通滤波器,低通滤波器,同轴线实现方案：,a：内导体半径b：外导体内半径,高阻抗短线（内导体细） 相当于 串联电感 低阻抗短线 （内导体粗）相当于 并联电容,C2,C4,L1,L3,L5,销钉型,四、波导滤波器,9. 3 终端元件（单端口元件）,一、匹配负载：,作用：接在传输线的终端，尽量吸收全部入射功率，保证传输线的终端无反射，其驻波比在 1.05 左右 1.1 左右；,工作原理：元件中采用高阻衰减材料、吸波材料，吸收入射的电磁波；,特
8、点：吸波材料与空气的界面应做成渐变式过渡，减小反射； 高功率匹配负载需要散热装置，将吸收的电磁能转化成的热能散发出去。,1、波导式匹配负载,片式吸收体,体积式吸收体,吸波材料,2、同轴线式匹配负载,同轴匹配干负载,3、微带线式匹配负载,介质,薄膜电阻,导体带,渐变式,二、短路器：,波导可移动短路器,提供尽量大的反射系数； 最好可自由移动； 可移动短路活塞：接触式：物理接触 非接触式：非物理接触，电接触；,三、辐射终端,能量尽量辐射出去，尽量减小终端反射；,喇叭天线,抛物面天线的喇叭馈源,波导喇叭,9. 4 接头 (flange),抗流式波导接头,作用：连接各段传输线。,要求：电接触可靠，引起的
9、反射尽量小，电磁能量不会外漏。,9. 5 衰减器和移相器,一、衰减器：,同轴线衰减器,作用：根据需要，减小所传输信号的幅度。 原理：用吸波材料吸收一定的电磁能量来实现衰减。,二、移相器：,原理：电磁波在不同介质中具有不同的相移常数。因此改变电磁波经过的介质就可以改变其相移量。,作用：可以人为地改变传输电磁波的相位。,矩形波导TE10模式的相移常数,经过距离 l 的相移量,相移量与媒质参数密切相关,功率分配网络,天线阵元,移相器,馈源,应用举例：用于相控阵天线中，要求每个天线阵元辐射相位不同的电磁波。,移相器的相移量,相控阵天线,9. 6 分支元件,作用：把一路电磁能量分为两路或多路；或者，将多
10、路电磁能量相加或相减。,1、波导E-T分支（三端口元件）,2,1,3,等效电路,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值（近似为纯电抗），作为电抗元件使用。,jX,1,2,等效,能量分配功能,2,1,3,3臂自身有反射，但若在该臂加入匹配装置，可使3臂的入射能量全部从1、2臂平分输出；,3臂输入时，从1、2臂等幅、反相输出；,1臂输入时，从2、3臂输出；,1,2,3,1,2,3,2臂输入时，从1、3臂输出；,求差信号的功能,1,2,3,两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相同，则3臂输出两信号之差，称为差信号。,信号1,信号2,若两输入信号等幅，则3
11、臂无输出；,T,求和信号的功能,1,2,3,两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相反，则3臂输出两信号之和，称为和信号。,信号1,信号2,T,2、波导H-T分支（三端口元件）,等效电路,1,2,3,能量分配功能,1,2,3,3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；,3臂输入时，从1、2臂等幅、同相输出；,1臂输入时，从2、3臂输出；,2臂输入时，从1、3臂输出；,1,2,3,1,2,3,求和信号的功能,1,2,3,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
12、和信号。,T,求差信号的功能,1,2,3,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,3、波导双-T分支（四端口元件）,1,2,3（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）,1,3,2,“3臂、4臂隔离”的原因：,T,3臂输入的TE10 模式关于中轴面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（4臂）输入的TE1
13、0 模可以在4臂（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,4、波导魔T（四端口元件）,1,2,3（E）,4（H）,调匹配的装置,主要特性： 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； 3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离； 在微波设备、雷达中应用广泛。,二、 微带分支：,Y形分支,T形分支,功分器实例,一分二,主要特性： 3臂输入：1、2等幅、反相输出，4臂无输出； 4臂输入：1、2等幅、同相输出，3臂无输出；
14、1、2臂均有输入：3臂输出差信号，4臂输出和信号； 3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离；,微带环形电桥（微带魔T）,微带环形电桥实例,波导环形电桥,9. 7 定向耦合器,3,2,1,4,同向耦合,输入端口,隔离端口,耦合端口,直通端口,作用：,从主传输线中取出一些电磁能量并向设定的方向传输。,一、波导定向耦合器,双孔定向耦合器（窄频带）,3,2,1,4,1,4,3,2,单孔定向耦合器,定向耦合器实例,二、微带定向耦合器,平行耦合线定向耦合器,距离较近的微带线之间都有能量耦合。,主线,副线,锯齿形定向耦合器实例,微带双分支定向耦合器,3,2,1,4,A,B,C,D,1输入，2、3输出，相位差90度； 4为隔离端口，无输出；,微带双分支定向耦合器实例,相当于低频中的谐振回路，具有储能、选频、稳频的功能； 用途：微波源、滤波器、选频器等等；,9.8 微波谐振器,一、基本概念：,特点： 理论上说，有无穷多个谐振频率（多谐性）； 品质因素Q值很高（几万几十万）；,Q,谐振系统谐振时的平均储能,系统中每秒的能量消耗,
