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1、常用波导器件根底知识1. 驻波测量线测量线乂叫驻波测量仪Standing Wave Detecktor,是用来测量波导中驻波分布规律的 仪器。驻波测量线可分为两类：一类是电场测量，另一类是磁场测量，目前广泛应用的是 第一类。应用电场测量原理设计的驻波测量线的结构如图3-22所示。它的主要组成都分有:一段开槽波导、探头装置包括探针、检波晶体、调谐活塞、探头移动机构和位置测量装 置等。开槽部位应恰在矩形波导宽壁中心线上，开槽要足够窄一般为2.5-3.5mm适宜,有几个半波长的长度，槽的两端成楔形或渐变线形。探针插入槽中深度可调。沿槽可移动的探针与波导中的 码 波靠电场耦合。由丁探针与电场平行，电场
2、的变化在探 针上感应的电动势其大小正比丁该处场强经晶体二极管检波，检波电流流过指示器回 到同轴探头外导体成一闭合回路，指示器读数表示出沿槽线分布的场强大小。由平行丁槽 的标尺读数表示出场强大小的位置，从而测得驻波比，驻波相位，波导波长。指示器一般用光标检流计、微安表或选频放大器。假设用选频放大器，可直接读出驻波比， 但必须注意这时的微波讯号源要加方波调制，并且注意晶体检波律，使输至晶体的讯号电 平保持在平方律检波范围内，否那么测出的驻波比将失去意义。为了提高测量的灵敏度，在测量前需要调节同轴探头中的调谐活塞及探针深度，消除由丁,探针插入开槽波导引起的不匹配，使检波 晶体输出最大：将探针置丁驻波
3、腹点，调 节调谐活塞及探针插入深度一般取窄边 短路a，b的510%适宜，使指小器的指针偏转在满刻度附近假设指示器指针偏转较小， 那么需增大微波输出功率。调节微波系统匹配，须将探针置丁驻波极 小点或极大点处，采用把.瓦调大或把 I%调小的方法进行调配。如果把探针 图3-23全匹配负戴放在极小点处，调节接在测量线终端的调配器，使探针的输出功率稍微增大不要 增大太多，否那么会发生假象一一波形移动，这时极小点功率并不增大，然后左右移动探针， 看看极小点功率是否真正增大。这样反复调节调配器，使极小点功率逐渐增大，直至到达 最正确匹配状态驻波比s 1。2. 全匹配负载全匹配负载一般作成波导段的形式，其终端
4、短接，并包含有一些安置在电场平面内的吸收片。把片子做成特殊的劈形状来实现它们与波导问的匹配 如图3-23。这样就保证了由没 有吸收材料的波导向有吸收器的波导逐渐过渡。片子的材料是涂覆有金届的碎末例如钳金薄层的电介质玻璃，瓷胶纸板等，或者用炭层涂覆，外表电阻的大小根据匹配条件用 实验方法选择。对丁波导吸收器，直流测量的外表电阻的最正确值为数白欧姆。斜面的长度 用实验方法确定，使其聋尽可能宽的频带内能得到最小驻波比，通常劈的长度等丁或大丁 半波长。3. 可变衰减器衰减器是用来衰减微波的功率电平，也可以作为负载与信号源间的去耦元件。由丁波导管 内各处微波电场强弱不同，因而改变衰减片在波导管中所处的位
5、置，即可得到不同的衰减 量。衰减片是由玻璃叶片或其他介质片喷涂锐铭合金或石墨的电阻性薄层制成。在矩形电 波导中，吸收式衰减器的结构如图3-24所示7形寰械片金JI轩图324矩JgTEwftt导吸收式衰减器U电I岛沿#方向分布寰减片平行于乩可沿，方向葬动b刀形衰*片的描入矩形波导中的丁昵波电场沿y方向线极化，将一两端修尖的衰减片放入波导，平行丁 y-z 平面见图3-24 a。假设介质片处在波导宽壁中央Ey最大，在介质片的导电薄膜内激 励起的高频电流最大，因而欧姆损耗最大，丁是对微波功率的衰减也最大。当介质片接近 波导侧壁时比方x=0处，那么耳=0,那么导电薄膜内将不会激起高频电流，因而微波功率不
6、 被吸收，衰减量最小近丁零。为了改变这个有损耗的介质片在波导中的 x向位置，采用 两个金届杆带动介质片沿轴移动，因为细金届杆与电场正交，故不会在杆中鼓励起高频电 流，因而不改变波导中场的分布。衰减片也可以做成刀形，由矩形波导宽壁中央插入见图 3-24b,改变其插入深度，改变衰减量。衰减量常以分贝 dB为单位计算，以dB为单位 的传输衰减定义为A/Atffi = 101g(A/A)(3-45)式中表示入射功率，A表示传输功率。X波段BD-20-2型吸收式可变衰减器的可变范围 约为0.6-30dB，有的衰减量可达0-50dB。4. 隔离器隔离器是一种不可逆的衰减器，在正方向或需要传输的方向上它的衰
7、减量或插入损耗 很小，约0.ldB左右，反方向的衰减量那么很大，达几十 dB,两个方向的衰减量之比为隔离 度。假设在微波源后面加隔离器，它对输出功率的衰减量很小，但对丁负载反射回来的反射 波衰减量很大。这样，可以防止因负载变化使微波源的频率及输出功率发生变化，即在微 波源和负载问起到隔离作用。微波隔离器一般由铁氧体材料做成，因工作原理不同分为两大类，一类是谐振式，另一类 是场移式的，前者用丁中功率和大功率方面，后者应用在小功率方面。实验室多用场移式 隔离器，原理如下：场移式隔离器结构如图3-25 a所示。在波导中平行丁窄边壁而距这窄边壁一定距离处 放置一片铁氧体它的右侧面上有一衰减片，波导外面
8、有一 “ U形永久磁铁，提供铁氧体 一包定磁场孔这样，原来在空波导里传输的 珥1波型，发生了一个移动，场型发生了变 化，即出现了场移。图3-25场移式隔离器 食结构示蕙图W 正反向伸输电场的场移场移具有不可逆性，就是这个铁氧体对两个方向传输的波型所产生的场移作用不同，例如在波导里，它对一个方向传输的 珥波型有排斥的作用。对另一方面的那么有吸引的作用见 图3-25b。这是由丁加包定磁场的铁氧体对横向圆极化微波磁场表现出的高频磁导率的 不可逆性引起的。铁氧体是一种业铁磁性物质，电阻率很高，性状似陶瓷。它在常温下具有自发磁化，自发磁化的磁矩M在外场H中便绕H进动，丁是有一个垂直丁 H的圆极化的磁矩分
9、量m存在着见 图 3-26。向 指进纸面图3-26快,体中破化矢量本征进动的示窟图m的进动频率随|H|的增大而增加既=汨，I为旋磁比。如有一横向圆极化微波场同时 作用丁这个铁氧体，实验和理论分析都证明铁氧体的高频磁化的频率响应特性与这个固有 的进动的存在有密切的关系，大致说来其性质是，在圆极化微波磁场作用下，假设极化方向 与m圆极化方向一致相对H为右旋波或正圆偏振波，那么铁氧体对丁这种微波磁场有共振 特性，即在微波磁场频率 血等丁 m进动频率吒时二吒二沮，高频导磁率就在这个H值两边变号尺到达极大值，在较低磁场的某一 H值之下，尺会过零值见图3-27a, 假设极化方向与m极化方向相反相对H为左旋
10、波或负圆偏振波，那么m对微波磁场没有明显响 应，总是略大丁 1随H变化十分徐缓见图3-27b。bHe3-27磁化铁氧体射横向圆极化微波磁场表现出的高频磁导率及场移式隔离器工作区域心是与m极化方向相同时的实部队七是与m槌化 方向相反时的实部假假设我们把铁氧体放在圆极化波所在的位置，并令H小一些，亦即工作在低场区H/Hq 1，这样铁氧体对右旋波将提供负的导磁率图3-27中的场移区，对左旋波那么 提供正的导磁率。如果铁氧体片的位置、厚薄、外加包磁场H配合恰当，两个方向传输的匝 波可以变成如图3-25b所示样子。图中，正向传输的 叫 波是右旋波，忍是负的，电磁 场在铁氧体里传输比在空气里传输要困难，丁
11、是被“排挤出去，图中所示的电场，它在 铁氧体的右外表电场强度为零，衰减片不衰减，最大值排向右边。图中正向指进纸面见图 3-26;图中所示的反向传输的 吗 波是左旋波，尺是正的，电磁场在铁氧体里传输比在 空气里传输要容易，丁是被“吸引进去，电场强度的最大值被吸引到了铁氧体的右外表， 衰减片产生衰减，衰减量可大到 20-30dB。5. 定向耦合器定向耦合器是一种有方向性的耦合 功率的微波器件。它是将主波导中入 射行波或反射行波的局部功率耦合 至辅波导，作为功率监视或频率监视 等用。图双孔定向耦合器姑枸示意图定向耦合器有许多种，为说明根本原 理，仅举在波导宽边H面开双孔的 定向耦合器为例结构如图3-
12、28所 示。A、B两孔相隔4。3如为中 心频率的波导波长。由1端入射的 电磁波到达4端有两个路径分别通 过A孔和B孔，这两路电磁波的场幅度相同，程差为半波长，所以相位相反迭加以后为零， 即4端无输出4端接全匹配负载。当由1端输入到3端时，通过A孔和B孔两路波的振 幅相等路程也相同，因而到达3端时同相位，总的幅度为两路幅度之和，这就实现了波的 定向传输。定向耦合器的主要技术指标是耦合度 k,其定义为：当电磁波由主波导1端输入而其余三 端口 2、3、4均匹配时，主波导输入功率 P1与辅波导3端口输出功率P3之比，并以dB 为单位，即p上二 101g_LdE*(3-46)如果希望白分之一的功率输送到
13、辅波导正方向去，贝Uk=20dBo6. 晶体检波器微波检波系统采用半导体点接触二极管称微波二极管，外壳为高频铝瓷管，形状象子 弹也有别的形状的，结构如图3-29a所示。晶体检波器就是一段波导和装在其中的微 波二极管，结构如图3-29b所示。(a)图3*29检波晶体结构(Q及晶体检波器结构Cb)示意图将微波二极管(检波晶体)插入波导宽壁中心，使它对波导两宽壁间的感应电压(与该处电场 强度成正比)进行检波。.为了获得大的检波信号输出，调节后部的短路活塞位置，使它与 晶体间的距离约等丁 ,使晶体处丁电场最大(驻波波腹)处。有的晶体检波器，前方装有 三螺钉调配器，以便使它后面与输入波导相匹配，提高检波
14、效率。由丁检波晶体上的电压 V与微波中的电场E成正比，检流电流i与E的关系为一；二(3-47)式中k是一比例常数，n是大丁 1小丁 2的一个数，当E较小时,n -2,这是晶体的平方律 区域；当E较大时，n1,这是晶体的线性律区域。在平方律区域，晶体的检波电流与晶 体接受的微波功率成正比。7. 调配器调配器是用来使它后面的微波部件调成匹配。匹配就是使微波能完全进入而一点也不能反 射回来。常用的调配器是单螺调配器和三螺调配器。单螺调配器的结构如图3-30(a)所示。 在波导宽边中央开一条纵向小槽，插入一个小螺钉，改变螺钉的插入深度及沿槽的位置， 就相当丁可调至任何所需的电抗。当插入深度1入/4时，
15、它表现为一个等效并联电容，当 插入深度1入/4时，它呈现一个等效并联电感，大约在1为入/4时发生申联型谐振，波 导成为短路。实际应用上，螺钉的插入深度不要超过谐振位置.图 3-30(a)中，假设沿槽插 入三个小螺钉，那么构成三螺调配器。以上两种仅用丁功率不很大的情况。双T接头调配器的结构如图3-30(b)所示。图W调配器结料示:3)等效电路图3 31 &T接实它是由双T接头(E-HT形接头)构成的。在接 头的H臂和E臂各接有可动的短路活塞。 改变短路活塞在臂中的位置，便可以使系统 获得匹配。由丁这种匹配器不妨害系统的功 率传输和结构上有某些机械的与电的对称性，因而具有以下优点：(1) 可以使用在高功率传输系统(尤其在毫米波波段)。(2) 有较宽的频带。(3) 有很宽的驻波匹配范围。双T接头调配器调节方法：在驻波不太大的情况下，先调谐E臂活塞。使驻波减至最小，然后再调谐H臂活塞，就可以得到近似的匹配(驻波比s1.10)。如果驻波较大，那么需要反 复调谐E臂和H臂的活塞，才能使驻波比降低到很
