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1、,第4章 微波元件,微波元件是微波系统的一个重要组成部分，其功能是对微波信号进行 各种变换，在系统中起到对微波能量的传输、分配、衰减、储存、隔离、 滤波、相位控制、阻抗匹配等作用。微波元件的种类繁多，按传输线形 式划分，可分为波导型、同轴型、微带型；按功能划分，可分为连接元 件、终端元件、匹配元件、衰减元件、相移元件、分配元件、滤波元件、 波型变换元件、谐振器等；从互易角度上划分，可分为互易元件、非互 易元件；按与低频对应角度划分，可分为电抗元件、电阻元件、连接元 件、分支元件、铁氧体元件；按端口数划分，可分为单端口元件、二端 口元件、三端口元件、四端口元件。本章主要讨论最基本最常用的微波 元
2、件的工作原理和基本特性。,第4章 微波元件,4.1 微波连接元件与终接元件,4.1.1 连接元件,接头,(1) 波导接头,第4章 微波元件,(2) 同轴接头,第4章 微波元件,（2）波导微带线转接器,图4-4 波导微带转换器,第4章 微波元件,（2）同轴线微带线转接器,图4-5 同轴微带线转换器,第4章 微波元件,图4-6 矩形波导圆波导转换器,（3）矩形波导圆波导模式变换器,第4章 微波元件,4.1.2 终接元件,第4章 微波元件,第4章 微波元件,2 短路负载,第4章 微波元件,4.2 微波电抗元件,4.2.1 膜片,膜片的电纳,2电感膜片,第4章 微波元件,电感膜片电纳,第4章 微波元件
3、,3谐振窗,第4章 微波元件,4销钉,图4-14销钉及其等效电路,第4章 微波元件,4.2.2调谐螺钉,第4章 微波元件,第4章 微波元件,4.3 衰减器和移相器,第4章 微波元件,4.3.2旋转式衰减器,图4-18 旋转式衰减器,第4章 微波元件,4.3.3移相器,移相器的工作原理可由传输线理论说明，均匀传输线上相距长度为,的两点之间的相位差，也即相移量为,第4章 微波元件,4.4 阻抗变换器,阻抗变换器,图 4-19 单节,4.4.1单节阻抗变换器,第4章 微波元件,第4章 微波元件,4.4.2多节阶梯阻抗变换器,图 4-21 两节阶梯阻抗变换器,第4章 微波元件,则,参考面上的总反射电压
4、波为,面上的电压反射系数为,则参考面,上的总反系数为,阶梯级数越多，频带越宽。,4.4.3渐变线阻抗变换器,第4章 微波元件,图 4-23渐变线阻抗变换器,由于函数,的不同，用于,阻抗匹配的渐变线也不同，,常用的渐,变线,有,指数型，三角函数型和切比雪夫型,指数渐变线,反射系数,第4章 微波元件,图 4-24反射系数模值与的关系,第4章 微波元件,4.5功率分配元件,微波系统中，将一路微波功率按比例分成几路的器件， 称为功率分配元件，主要包括，定向耦合器、功率分配器 及各种微波分支器件。,第4章 微波元件,4.5.1定向耦合器,(a)为微带分支定向耦合器,(b)为微带混合环,(c)为平行耦合线
5、定向耦合器,第4章 微波元件,(d)为波导多孔定向耦合器,(e)为波导单孔定向耦合器,(f)为波导匹配双T,第4章 微波元件,定向耦合器的技术指标,图 4-26定向耦合器端口分布图, 输入端口，直通端口，耦合端口， 隔离端口。,主要技术指标有:耦合度、隔离度、输入驻波比和频带宽度,第4章 微波元件,（1）耦合度C,耦合度为输入端口的输入功率,与耦合端口的输出功率,之比,图 4-26定向耦合器端口分布图,耦合度越大，耦合越弱,第4章 微波元件,(2) 隔离度,图 4-26定向耦合器端口分布图,输入端口的输入功率,与隔离端口的输出功率,之比,隔离度越大，隔离端口输出功率越小。理想情况下，隔离端口应
6、 无输出，此时隔离度为无穷大，但实际设计的器件不可能实现无穷大 的隔离度。,耦合端口的输出功率,第4章 微波元件,(3) 定向度,与隔离端口的输出功率,之比,图 4-26定向耦合器端口分布图,(4) 输入驻波比,第4章 微波元件,图 4-26定向耦合器端口分布图,端口、 均接匹配负载时的输入端口的驻波比，即,第4章 微波元件,（5）工作带宽,工作带宽是指耦合度、隔离度、定向度及输入驻波比都满足指标 要求时，定向耦合器的频率范围。,3波导型定向耦合器,图 4-27 几种波导定向耦合器,（a）为宽壁斜交单孔耦合器,（b）为多孔定向耦合器,（c）为十字孔定向耦合器。,第4章 微波元件,4双分支定向耦
7、合器,图4-28 双分支定向耦合器,端口输入时,C点同相位相加,端口的两路信号相互抵消, 从而实现隔离。,第4章 微波元件,4.5.2功率分配器,功率分配器简称功分器，它是一种将一路输入信号能量分成两路或 多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一 路输出，此时称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。,两路功分器,图4-29两路功分器,第4章 微波元件,功分器必须满足如下三个条件：,一是输入端口无反射；,二是端口和端口输出功率比可为任意值；,三是端口与端口输出电压等幅同相。,图4-29两路功分器,第4章 微波元件,由端口无反射得,图4-29两路功分器,与,并
8、联的阻抗等于,设端口和端口输出功率比为,第4章 微波元件,两功率比,由功分器的三个条件列出如下方程组,四个要求解的参数,但只有三个约束条件,：,：,、,、,和,，,一般选取,第4章 微波元件,得,实际的功分器,在端口和端口所接的是,特性阻,的传输线,图4-30实际的两路功分器,第4章 微波元件,2 微带环形电桥,图4-31环形电桥示意图,环路的总长度,对应的总相移量为,，端口与端口之间长度为,，其它相邻的端口之间的长度均为,当由端口输入信号，,其余各端口,均接匹配负载时,端口和端口等幅同相输出,端口无输出,第4章 微波元件,4.5.3波导分支器,波导分支器也是一种功率分配器，它是将主波导电磁能
9、量变成二路 或更多支路的器件，常用的波导分支器有E面T型分支、H面T面型分支 和匹配双T,1 E-T分支,如图a所示，,分支波导在主波导的宽壁上，,分支平面与主波导中的,波的电场,方向平行，故称为E-T分支。,第4章 微波元件,当对三个端口、输入信号时，可分为如下五种情况：,1) 端口输入，端口、均有信号同相输出； 2) 端口输入，端口、均有信号同相输出； 3) 端口输入，端口、等幅反相输出； 4) 端口、等幅同相输入，端口无输出； 5) 端口、等幅反相输入，端口输出最大。,第4章 微波元件,2 H-T分支,如图4-33(a)所示， 分支波导在主波导的窄壁上，分支平面与主波导中的,波的磁场方向
10、平行，故称为H-T分支。,当输入信号时，图b是场分布，其特性如下： 1) 端口输入，端口、均有信号同相输出； 2) 端口输入，端口、均有信号同相输出； 3) 端口输入，端口、等幅同相输出； 4) 端口、等幅同相输入，端口输出最大； 5) 端口、等幅反相输入，端口无输出。,第4章 微波元件,H-T分支的散射矩阵,第4章 微波元件,第4章 微波元件,（3）波导双T与魔T,图4-34 波导双T结构,双T分支的散射矩阵为,第4章 微波元件,魔T的散射矩阵为,匹配双T分支,又称为魔T,4.6微波谐振器,第4章 微波元件,图4-35 LC回路过渡到微波谐振器,4.6.1 微波谐振器的基本参量,第4章 微波
11、元件,微波谐振器频率,品质因数,等效电导,1 谐振频率,是指谐振器中某一模式发生谐振时的频率，它是描述谐振器中电磁 能量振荡规律的参量。,腔体长度,和波导波长,关系,第4章 微波元件,谐振频率为,v为介质中的波速，,为相应模式的截止波长。,第4章 微波元件,2 品质因数,是描述谐振器的选择性的优劣和能量损耗的大小的物理量,W为谐振器中的储能，,谐振器中的损耗的功率。,3 等效电导,第4章 微波元件,是描述谐振器功率损耗特性的参量,U为广义传输线的模式电压。,4.6.2矩形谐振器,第4章 微波元件,图4-36 矩形谐振器及场分布,第4章 微波元件,矩形谐振器中有TE振荡模和TM振荡模，其中最低振
12、荡模式为,模的谐振频率,第4章 微波元件,4.6.3圆柱形谐振器,图4-37 圆柱形谐振器,模、,和,是最常用三种谐振模式。,1）,振荡模,第4章 微波元件,2）,振荡模,谐振波长,第4章 微波元件,3）,振荡模,谐振波长,第4章 微波元件,4.7 微波铁氧体,铁氧体是一种铁磁性材料，它是由二价金属锰、镁、镍、铜、锌等的 化合物与,烧结而成的。,4.7.1 铁氧体原理与分类,微波铁氧体器件是利用铁氧体的旋磁效应制成的。,微波铁氧体器件种类很多：按功能分有：隔离器、环行器、开关、 相移器、调制器、磁调滤波器、磁调振荡器、磁表面波延迟线等； 按结构形式分有：波导式、同轴式、带线式及微带式；按工作方式 分有：法拉第旋转式、共振式、场移式、结式等；按所用材料分有： 多晶铁氧体器件，单晶铁氧体器件，薄膜铁氧体器件。,第4章 微波元件,4.8 滤波器,4.8.1微波滤波器的主要技术指标,（1）截止频率,或频率范围,(2) 通带内允许最大的衰减,(dB)；,（3）阻带内最小衰减,(dB)及相应的阻带频率,。,第4章 微波元件,图4-38 滤波器特性示意图,4.8.2滤波器的衰减特性,假设滤波器是无耗双端口网络，则网络的插,入衰减,第4章 微波元件,4.8.3滤波器的四种低通原型,滤波器低通原型为电
