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1、微波电路简介1 微波电路简介1.1 微波无源器件微波无源器件由传输线的组合构成。 除了微波传输线以外，微波无源电路主要有功率分配器，定向耦合器，环 行器，滤波器，隔离器，均衡器，短路器，衰减器，极化器，吸收负载，天线 等无源器件。我们在这里主要介绍其中主要类型。 一定向耦合器 定向耦合器是常用无源微波器件.可以作为信号的检测，合成及耦合使用。如图 1-4 分别为 微带环形定向耦合器；侧耦合定向耦合器；矩形微带定向耦合器和波导定向耦合器。定向 耦合器一般有四个端口。如图4 中的波导定向耦合器，如信号由1 端口输入，则2 端口为 信号的主通道，3端口为 1 端口的耦合端，而4 端口则是隔离端口。2
2、I 13图 4.1 侧耦合侧耦合侧耦图2 环行定向耦合器图3 矩形微带定向耦合器二滤波器 滤波器是典型的常用的无源微波网络器件，在微波电路中占有重要的地位。 滤波器从响应函数的角度可以分为最大平滑式，等波纹式和椭圆函数滤波器三种。从结 构上可以分为微带，波导和同轴腔体等结构的滤波器。由信号的导通或截止可以分为高通，低通和带通滤波器。如图5 为侧边耦合微带带通滤 波器。图 6 为一种简单的椭圆函数滤波器。图 5 侧边耦合微带滤波器图 6 微带滤波器图 6 为波导膜片滤波器。由微带构成的谐振电路 Q 值一般小于波导腔体的 Q 值，所以微 带滤波器的插入损耗一般要大于波导腔体滤波器。图 7 波导膜片
3、滤波器三微波功率分配器虽然定向耦合器在一定情况下具有功率分配的作用，但是原则上定向耦合器是一四端口器件。功率分配功能可以由一三端口器件来完成。如图8为Wilkinson功率分配器/合成 器。由 2, 3端口输入的功率可以无反射地传输到1 端口。相反由 1 端口输入的微波功 率图8 Wilkinson功率分配器/合成器可以在2,3端口分为二路。如电路上下是对称的，则射频功率在2，3端口是平分的。微波 功分配器还有其他许多种类。四 微波阻抗匹配器。阻抗匹配是许多微波电路的基本要求。常常在系统中是一项重要指标，对系统性能有重大影响。图 9 是一波导阻抗匹配器;图10是微带电路匹配器。图 9 是一波导
4、阻抗匹配器 图 10 微带电路匹配器图 11 的波导魔 T 是一重要的波导四端口器件。在波导网络波导微波信号处理中有重要的 作用。如由 1端口进入的微波信号，可同相分配到 2, 3端口。而对 4端口是隔离的。由 4端 口进入的微波信号，可反相分配到 2, 3 端口。而对 1 端口是隔离的。4图 11 波导魔 T图 12 是波导到同轴线的转换电路。它也属于阻抗一种阻抗匹配电路。在传输较大功率时 常用到此种过渡结构。图 12 波导到同轴线的转换电路五微波吸收负载 微波吸收负载，特别是宽带吸收负载在微波测量中具有重要作用。图 13 为波导吸收负 载。在微波测量中常用到宽带同轴线负载。图 13 波导吸
5、收负载六腔体与微波谐振电路微波腔体是微波振荡电路的重要组成部分。它可以是金属腔体也可以是介质腔体。a)(b)(d) (e) 图 14 各种类型的微波谐振电路图14中(a), (b)是金属谐振腔，(c)为介质谐振电路；(d), (e)分别为矩形和圆形微带 谐振电路。七微波振荡源图 15 是一基于同轴谐振腔体的微波振荡源。其中的振荡管为雪崩二极管。也可以使 用 Gunn 二极管做成振荡源，频谱较雪崩二极管纯但输出功率较小。 图 16 是一基于介质 谐振电路的微波振荡源。同轴誣雪崩二雄管 绝塚膜也流电曲射倾刪:图 15 基于雪崩二极管的同轴谐振腔体的微波振荡源图 16 基于介质谐振电路的微波振荡源，
6、其中的振荡管为场效应三极管八微波混频器/变频电路以方便信号的进一步处倍频电路的例子，选自 ieee MTTT, VOL. 51, NO. 5, MAY 2003 1449 -14540r- -J理。研究出变换损耗小，具有宽带变频特性的混频器、变频电路是人们的努力方向。图17 为用变频二极管构成的微带微波混频器九微波放大器 微波放大器是最基本的也是重要的微波有源电路。其中的三极管为微波场效应三极 管。在适当设计微波场效应三极管的栅极和漏极匹配电路后，在适当的电流偏置下，使微波场效应三极管工作在线性增益工作区，放大器将对栅极输入的微波信号产生放大作用。输出图 18 微波场效应三极管放大器 十微波开
7、关利用 PIN 二极管在不同的偏置电流下，其阻抗产生很大的变化，可以做成微波开关。 如图在不同的偏置电压va, Vb下两个pin二极管可以处于导通和截止状态，这样就可控 制微波信号流经 13 或 23 通道。同样也可以用场效应三极管的截止和导通来构造微波 开关。图 19 由微波 PIN 三极管构成的微波开关。上图的微波开关电路为单刀双指微波开关电路。用相同的方法可以构造单刀多指或多刀多 指微波开关电路。一。使用集总参数的微波放大器73.03 Q 1.32nH100pFr-E=h-_|L24.03Q8.74nH0.65pF图20由集总参数元件构成的2GHz放大器，可以提供6dBr增益值得指出的是
8、，近年来具有一定功能的微波部件，巳经以集成电路的形式出现。与分离 器件相比，它们具有体积小，电性能高，可靠性高和使用方便的特点。甚至于整个微波系 统都集成在一个系统上称为 SOC(System on single Chip) ，也已问世. 但是分离微波电路仍 是微波电路的理论基础。参考文献：1 李宗谦等，微波工程基础，清华大学出版社， 2004，北京2 Max W. Medley,Jr. , Microwave and RF Circuits: Analysis, Synthesis and Design, ARTECH HOUSE,INC. 19933 薛良金，毫米波工程基础，哈尔滨工业大学出版社， 20044Quan Xue, Kam Man Shumand Chi Hou ChanLow Conversion-Loss Fourth Subharmonic Mixers Incorporating CMRC for Millimeter-Wave Applications IEEE MTT, VOL. 51, NO. 5, MAY 2003 P.1449-1454
