4微波元件
微波技术原理 第4章 微波网络基础
7. 互易网络和无损网络的散射矩阵的性质
根据广义散射矩阵的定义得到：
(1) 互易网络的 [z]为对称矩阵，即 [z ]=[z ]T 。 可见，互易网络的散射矩阵是对称矩阵 [S]=[S]T 。
(2) 无损网络各端口的总输入能量等于总输出能量。
第4章 微波网络基础
微波系统中除了传输线外，还有各种各样的微波 元件或接头等非均匀区域。因为这些非均匀区域的形 状不规则，在其中的微波传输规律很复杂。因此，要 想通过求解麦克斯韦方程组得出其中的传输规律是不 可能的。
实际上，我们并不需要知道微波在其中的传输规 律，而只需知道这些非均匀区与外电路连接的端口特 性。所以通常将其等效为一个网络，称为微波网络。
微波网络的端口及其参考面举例
对于单模传输系统，微波网络的端口数 = 被等效区 域与外电路的接口数目 = 参考面的数目。
§4.3 微波网络的端口特性参量
1. 阻抗矩阵和导纳矩阵
V
2
I-2
V+2 I+2
I-3 V-3 I+3 V+3
I+1
V+1
I-1
V-1
I-N
I+N
V-N
V+N
2. 微波网络的互易性
从无耗网络的各个端口输入的总能量为 0。
互易网络的阻抗矩阵是对称的，因此，既互易又
无耗的网络满足：
（实部为0）
这说明，互易无耗网络的阻抗矩阵元为纯电抗。
例1 求下图的两端口网络的Z参量
ZA
ZB
端口1，V1
ZC
V2，端口2
根据定义：
微波课件4-微波技术与微波器件-栾秀珍-清华大学出版社
的填充介质无关，仅决定于腔的型式、尺寸和工作模式。
2．品质因数(Q0)
品质因数：描述谐振系统的频率选择性优劣和能量损耗
程度的物理量。
定义：谐振时腔中储能W与一个周期内腔中损耗能量之
比的2π倍，即
Q0
2
W WT
PL :一周期内腔的平均损耗功率 ， WT PL T
对于非色散波(TE于色散波(TE、TM 波)
p g
谐振波长为
1 ( c )2
o
1
1
c
2
p 2l
2
TEM 波
TE 波、TM 波
o
2l p
o
1
1
c
2
p 2l
2
注意：谐振波长 o 是指谐振时电磁波在腔内填充介质中的
介质波长，仅当腔中为真空(或空气填充)时，它才相应于
波节间距 p/2 的整数(p)倍，即
l p p , ( p 1,2,....)
2
p
2l p
结论：在一定的腔体尺寸下，不是任意波长的电磁波都
能在腔中振荡的，只有那些能够在腔中满足一定驻波分
布的电磁波才能够振荡，它们的相波长由腔的尺寸决定，
即
p
2l p
谐振波长：能形成稳定驻波振荡的电磁波所对应的波长。
第 4 章 微波谐振腔
(Microwave Resonant Cavity)
4 . 1 概论 4 . 2 谐振腔的基本参量 4 . 3 矩形谐振腔 4 . 4 圆柱形谐振腔 4 . 5 同轴腔和微带线谐振腔
第 4 章 微波谐振腔
4 . 6 谐振腔的调谐、激励与耦合 4 . 7 谐振腔的等效电路 和它与
第4章微波网络基础ppt课件
Ze
式中, Ze为等效传输线的等效特性阻抗。 传输线上任意一 点输入阻抗为
1 (z)
Zin(z)=Ze 1 ( z )
任意点的传输功率为
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
由电磁场理论可知, 各模式的传输功率可由下式给出:
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第4章 微波网络基础
P k1 2R e E K (x,y,z)H K (x,y,z)ds 1 2R e[U k(z)I (z) ] e K (x ,y) h K (x ,y)ds
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
第4章 微波网络基础
Et(x, y,z) ek(x, y)Uk(z)
Ht(x, y,z) hk(x, y)Ik(z)
式中ek(x, y)、hk(x, y)是二维实函数, 代表了横向场的模式横 向分布函数, Uk(z)、Ik(z)都是一维标量函数, 它们反映了横向电 磁场各模式沿传播方向的变化规律, 故称为模式等效电压和模 式等效电流。值得指出的是这里定义的等效电压、等效电流是 形式上的, 它具有不确定性, 上面的约束只是为讨论方便, 下面 给出在上面约束条件下模式分布函数应满足的条件。
单口 网络
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
4端口耦合器的原理
4端口耦合器的原理
4端口耦合器是一种用于无线通信系统和微波电路中的重要器件，它可以实现信号的分配、合并和耦合。
其原理是利用电磁场的
耦合效应，将输入信号分配到多个输出端口或者将多个输入信号合
并到一个输出端口。
4端口耦合器通常由多个耦合器元件组成，其中包括耦合环、
耦合槽、耦合线等。
当信号进入耦合器时，它们会通过耦合元件之
间的电磁耦合相互影响，从而实现信号的分配和合并。
通过调节耦
合元件的参数，可以实现不同的信号分配比例和相位调节，从而满
足不同的系统需求。
在实际应用中，4端口耦合器广泛应用于无线通信系统中的功
分器、合路器、分路器等功能模块中。
它可以实现多天线系统的信
号分配和合并，提高系统的覆盖范围和通信质量。
同时，4端口耦
合器还可以用于微波电路中的功率检测、网络分析和信号合成等应用，为无线通信和微波领域的研究和应用提供了重要支持。
总之，4端口耦合器作为一种重要的无线通信和微波电路器件，通过电磁耦合原理实现了信号的分配和合并，为无线通信系统和微
波电路的设计和应用提供了重要支持。
随着通信技术的不断发展，4端口耦合器的应用前景将更加广阔。
rf4基材资料[指南]
![rf4基材资料[指南]](https://img.taocdn.com/s3/m/625d025ae418964bcf84b9d528ea81c758f52e87.png)
、我们常用的PCB介质是FR4材料的，相对空气的介电常数是4.2-4.7。
这个介电常数是会随温度变化的，在0-70度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20%。
介电常数的变化会导致线路延时10%的变化，温度越高，介电常数越大，延时也越大。
介电常数还会随信号频率变化，频率越高介电常数越小。
100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。
2、一般的FR4材料的PCB板中内层信号的传输速度为180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。
表层一般要视情况而定，一般介于140与170之间。
3、实际的电容可以简单等效为L、R、C串联，电容有一个谐振点，在高频时(超过这个谐振点)会呈现感性，电容的容值和工艺不同则这个谐振点不同，而且不同厂家生产的也会有很大差异。
这个谐振点主要取决于等效串联电感。
现在的比如一个100nF的贴片电容等效串联电感大概在0.5nH左右，ESR(等效串联电阻)值为0.1欧，那么在24M左右时滤波效果最好，对交流阻抗为0.1欧。
而一个1nF的贴片电容等效电感也为0.5nH(不同容值差异不太大)，ESR为0.01欧，会在200M左右有最好的滤波效果。
为达好较好的滤波效果，我们使用不同容值的电容搭配组合。
但是，由于等效串联电感与电容的作用，会在24M与200M之间有一个谐振点，在这个谐振点上有最大阻抗，比单个电容的阻抗还要大。
这是我们不希望得到的结果。
（在24M到200M这一段，小电容呈容性，大电容已经呈感性。
两个电容并联已经相当于LC并联。
两个电容的E SR值之和为这个LC回路的串阻。
LC并联的话如果串阻为0，那么在谐振点上会有一个无穷大的阻抗，在这个点上有最差的滤波效果。
这个串阻反倒会抑制这种并联谐振现象，从而降低LC谐振器在谐振点的阻抗）。
为减轻这个影响，可以酌情使用ESR大些的电容。
ESR相当于谐振网络里的串阻，可以降低Q值，从而使频率特性平坦一些。
增大ESR会使整体阻抗趋于一致。
4微波网络-S T参数定义
U u Z0
i I Z0
U e z 1 U ( I Z0 ) a 2 Z0 Z0 z U b e 1 ( U I Z ) 0 2 Z0 Z0
1 a (u i ) 2 b 1 (u i ) 2
1 1 * P入 ( a1 a1 )+ ( a2 a2* ) 2 2
* [] =（ []T）
Hermite 算符
a1 a 2
a1 [a] [a] a1*, a2 * a2
1 1 [a] [a] a1*, a2 * 2 2
b1 s11 b2 s21
s12 s22
a1 a2
或简写成
[b] = [s] [a] a2
a1
图 5-5
二端口网络入、反射波示意图
b1
b2
归一化散射参量各参量的物理含义： 端口(2)接匹配负载时，端口(1)的反射系数
b1 s11a1 s12 a2 b2 s21a1 s22 a2
z z U U e U e z z I Z ( U e U e ) 0
1 z U ( U I Z ) e 0 2 U 1 (U I Z )e z 0 2
U e z a Z0 z U b e Z0
由传输线理论已经导出 ： U U e z U e z
1 z z I ( U e U e ) Z0
首先定义出入射波和散射波(a和b)。
U e z a Z0 z U b e Z0
微波辐射法合成4-氨基邻苯二甲酰亚胺
（ ．中南大学 化学化工学 院，湖南 长沙 ４ ０ ８ ： １ １０ ３
２ ．广 州 有 色 金 属研 究 院 稀 有 金 属 研 究 所 ，广 东 广 州 ５ ０ ５ ） １６ １
摘
要： 以 ４硝基邻苯二 甲酰亚胺 为原料 ，通过微波辐射合 成了 ４氨基邻苯二甲酰 ． ．
供 给和 接 受部 位 ，对 氢键 作 用 很 敏感 ，是 典型 的 电子给 体 一 受体 型 荧光 探针 【引 ２ 。刘 丹 等 【 ． ４ Ｊ
采 用 氯化亚 锡 一盐酸 还原 法 ，收 率达 ９％ ，但 氯化亚 锡价 格 较贵 ； 吕亮等 ［ １ 用 铁粉 还原 ０ ５采 － ６ 法 ，用热 溶剂 溶 出产 物 ，解 决 了产 物 分离 难 的 问题 ，产 物 收率 达 ９ ．８ １ ％，但 是反应 时间长 ， ０
第 ３ ５卷 第 ２期 ２１ ０ ０年 ６月
广 州 化 学
Ｇｕａ ｇｚ ｕＣｈ ｍ ｉｔｙ ｎ ｈｏ ｅ ｓｒ
、 ． Ｎｏ ２ ， ３５ ０１ ．
Ｊ ｎ． Ｏｌ ｕ ２ Ｏ
文 章 编 号 ： １０ －２ Ｘ（０ ００ －０ ３０ ０ ９２ ０ ２ １）２０ ４ —５
微 波辐射 法合成 ４氨基邻 苯二 甲酰亚胺 ．
１ 实验
１１ 试 剂 和仪 器 ．
４硝基 邻苯 二 甲酰亚 胺 （ ． 。 自制 ） Ｎ， 二 甲基 甲酰 胺 （ ； Ｎ． ＤＭＦ ，分析 纯 （ ） 上海 山浦 化 工 有 限公 司 ） ；还 原铁粉 ，化 学纯 （ 国药集 团化 学试 剂有 限公 司 ）；氯 化铵 ，乙醇 ，乙酸 乙酯 ， 分析 纯 （ 南大 学试剂 厂 ） 湖 。 微 电脑微 波 化学 反应 器 Ｌ ＷＭＣ ２ １ 最大 输 出功率 ８ ０Ｗ （ 京 陵江 科技 开发 有 限责任 －０ ， ０ 南
第四章-1 微波介质陶瓷
2.2 Q值及其影响因素
品质因数Q 是微波系统能量损耗的一个度量标准。 对于微波谐振器，损耗由四种类型组成：介质损耗，导 体损耗，辐射损耗和外部损耗。介质品质因数Qd，导体 品质因数Qc，辐射品质因数Qr 分别表示为:
Qd = 2ωW1 Pd Qc = 2ωW1 Pc Qr = 2ωW1 Pr
广泛应用于移动通信、卫星通讯、军事雷达、卫星定位导航系统等军用和民用领域。
微波介质陶瓷的生产厂家及市场需求
国际厂家 目前微波介质陶瓷和器件的生产水平以下 面公司为最高
日本Murata 公司 德国EPCOS 公司 美国Trans-Tech 公司 Narda MICROWAVE-WEST 公司 英国Morgan Electro Ceramics公司
微波介质陶瓷的应用
表1 微波介质陶瓷的应用分类
陶瓷材料种类 应用领域 应用 频率稳定化振荡器 种类 1.耿式二极管 2.GaAs-FET振荡器 3.双极晶体管放大器 1.TE01δ模式介质滤波器 2.同轴介质滤波器 3.介质片状滤波器 1.圆棒、管、放条形介质线路 2.圆棒、管、放条形图像线路 1.棒形天线 2.平板天线 3.天线阵 1.单层电容(SLC) 2.多层电容(MLC)
80年代至今
已经成功地研制出 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 微波高端频率 Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 （8～30GHz） BaO-Ln2O3-TiO2(Ln=Nd,Sm) 等体系，使其达到了实用阶段
微波介质陶瓷的实用器件
微波介质陶瓷的应用领域
GPS定位系统
卫星通讯
微波介质陶瓷
军事雷达
民用移动电话
QL =
f0 f (at 3dB)
在微波范围内微波介质陶瓷的Q· f 乘积基本保持不变， 因此一般情况下，用Q· f 的乘积来衡量微波介质陶瓷损 耗的大小 但是从上面的公式对比可以看出，大的Q· f 值与高介电 常数相矛盾
Series 4 微波炉说明书
Series 4, Built-in microwave oven, 60 x 38 cm, Stainless steelBFL523MS0BIncluded accessories1 x TurntableOptional accessoriesHEZ86D000 Steamer Cooker Accessory for Microwave The built-in microwave for the 38 cm niche: use it for thawing, heating and perfect preparation of foods.• AutoPilot 7: every dish is a perfect success thanks to 7 pre-set automatic programmes.• Red LED display control: easy-to-use thanks to clear time display.• Pop-out controls: for an easy to clean front.• LED lighting: perfect illumination of foods with minimum energy consumption.Technical DataType of micro-wave oven: ......................................................MW only Type of control: ...................................................................Electronic Dimensions: ........................................................382 x 594 x 317 mm Cavity dimensions: .....................................201.0 x 308.0 x 282.0 mm Length of electrical supply cord: ..........................................130.0 cm Net weight: ..............................................................................15.3 kg Gross weight: ..........................................................................17.6 kg EAN code: (4242005038862)Maximum micro-wave power: ....................................................800 W Connection rating: ..................................................................1270 W Fuse protection: ...........................................................................10 A Voltage: ...............................................................................230-240 V Frequency: .................................................................................50 Hz Plug type: ...............................................................................GB plug Included accessories: .....................................................1 x TurntableSeries 4, Built-in microwave oven, 60x 38 cm, Stainless steelBFL523MS0BThe built-in microwave for the 38 cm niche: use it for thawing, heating and perfect preparation of foods.Design- LED Display, red display- Side opening door, left hinged- 25.5 cm Glass turntable- Cavity inner surface: stainless steel- Electronic clock timer- Rotary dial, Retractable control dials, Touch controls, round, Start button- Touch key operationFeatures- Automatic safety switch off- Door contact switch- AutoPilot, 7- LED light- Integral cooling fan- Electronic open buttonProgrammes/functions- Maximum microwave power level: 800 W and the following options 180 W, 360 W, 600 W, 800 W, 90 W- 4 defrost and 3 cooking programmes in microwave function- 1 memory settingAccessories- 1 x TurntablePerformance/technical information- Cavity volume: 20 l- 130 cm Cable length- Total connected load electric: 1.27 KW- Nominal voltage: 230 - 240 V- Appliance dimension (hxwxd): 382 mm x 594 mm x 317 mm- Niche dimension (hxwxd): 362 mm - 365 mm x 560 mm - 568 mm x 300 mm- For installation into a 60 cm wide wall unit, installation in tall housing- Please refer to the dimensions provided in the installation manualSeries 4, Built-in microwave oven, 60x 38 cm, Stainless steel BFL523MS0B。
微波元器件与集成电路
1、波导式匹配负载
大功率匹配干负载 出
体积式吸收体 大功率匹配水负载
片式吸收体 水
散热片 入
2、同轴线 式匹配负载
吸波材料
同轴匹配干负载
3、微带线式匹配负载 • 渐变式
导体带 介质 薄膜电阻
• 匹配阻抗式
开路
g 4
• 半圆式
二、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
用低阻抗线实 现并联电容：
低阻抗段
l
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。
5、并联在传输线上的谐 振回路：
6、微带线 中的串联 电阻：
高阻金属薄膜，吸收电磁能量 R
9.2 微 波 滤 波 器
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；
g 4
• 多孔定向耦合器（频带较宽）
3
2
1
2
3
4
N
1
单孔定向耦合器
理想状态下，隔离端 口应当没有输出，但 实际上仍有一定输出， 因此应在隔离端口接 匹配负载，吸收这一 部分功率。
用高阻抗微带短线实现串联电感
Zc
Z c
Zc
Zc Zc
l 高阻抗段 环形电感 圆形螺旋电感 方形螺旋电感 为加大电感值，将高阻 抗线弯曲、螺旋，增加 匝数：
3、串联在传输 线上的谐振回 路：
L C C L
4、并联电容、电感：
Z Z Z c用并联的终端c 开路支节实c现并联电容或并联电感；
Zc Zc
L2
L4
L6
C1
C3
C5
• 微带电路实现方案
微波器件应用考核试卷
5.以下哪种微波元件主要用于信号的分离？（）
A.合路器
B.分路器
C.耦合器
D.功分器
6.在微波电路中，下列哪个部件主要起到阻抗匹配的作用？（）
A.谐波滤波器
B.阻抗变换器
C.微波放大器
D.开关
7.微波二极管中，PIN二极管主要用于：（）
A.信号的放大
B.信号的调制
C.信号的开关控制
13.以下哪个不是微波滤波器的主要作用？（）
A.提取所需频率的信号
B.阻止非所需频率的信号
C.改变信号的相位
D.增强信号的功率
14.微波开关的主要作用是：（）
A.控制信号的传输路径
B.调节信号的幅度
C.改变信号的频率
D.实现信号的合成
15.在微波器件中，以下哪个部件用于减小信号的反射？（）
A.驻波比测量仪
1.微波器件可以在没有外部电源的情况下工作。（）
2.微波放大器的增益与工作频率无关。（）
3.微波传输线的损耗主要来自于导体损耗和介质损耗。（）
4.微波滤波器可以同时允许多个频率的信号通过。（）
5.微波开关的插入损耗越小，开关的性能越好。（）
6.微波谐振器的Q值越高，其带宽越窄。（）
7.在微波电路设计中，不需要考虑传输线的阻抗匹配问题。（）
B.耦合器
C.隔离器
D.电缆
16.以下哪种材料常用于微波器件的介质基片？（）
A.玻璃
B.塑料
C.陶瓷
D.金属
17.微波功率放大器中，AB类放大器的特点是：（）
A.输出功率最大
B.效率最高
C.失真最小
D.工作频率最高
18.关于微波振荡器的描述，错误的是：（）
微波炉主要元器件的简易检测方法
微波炉主要元器件的简易检测方法微波炉是一种常用的厨房电器，其主要由多个元器件组成。
这些元器件包括高压变压器、高压整流电路、微波发生器、微波导波管等。
为了确保微波炉的正常运行和安全使用，需要定期对这些主要元器件进行简易检测。
首先是高压变压器的检测。
高压变压器是将低压电源转换为微波炉所需的高压电源。
检测高压变压器时，首先要断开微波炉的电源，并确认其电容器已经放电。
然后用万用表测量变压器的绕组之间的绝缘电阻。
通常要求绝缘电阻大于100兆欧姆。
此外，还可以检查高压变压器的转换效率。
通过测量输入和输出电压的比值，可以判断高压变压器的工作状态。
其次是高压整流电路的检测。
高压整流电路主要由整流管、滤波电容和限流电阻等组成。
检测时，应断开微波炉的电源并确保电容器已放电。
然后使用万用表的二极管测试功能来测试整流管的正常工作。
正常情况下，二极管的正向导通压降应在0.7V左右，反向导通电阻应无穷大。
同时，还可以使用万用表测量滤波电容的电压。
正常情况下，电压应在安全电压范围内，通常为200V-400V。
微波发生器是微波炉的核心组件之一，能够产生微波能量。
检测微波发生器时，也需要断开电源。
然后使用万用表来测试微波发生器的主要元件，如电容器、晶体管和正弦形振荡电路等。
首先，使用万用表测试电容器的电容量，以确保其在规定范围内。
然后使用万用表的二极管测试功能，测试晶体管的工作状态。
正常情况下，晶体管的正向导通压降应在0.7V左右。
微波导波管是微波炉用于传输和辐射微波能量的元件。
检测微波导波管时，同样需要断开电源。
然后使用万用表测量管内的任意两个端口之间的传输系数。
传输系数是指输入功率与输出功率之比。
正常情况下，微波导波管的传输系数应大于0.5除了上述主要元器件的检测外，还应对微波炉的其他部件进行检测。
例如，检查微波炉门的封闭性，以确保微波不会泄漏出来。
检查微波炉的控制面板和按键是否正常工作。
同时，还应检查微波炉的散热系统是否正常，确保微波炉能够正常散热，避免高温引起的安全问题。
第三章 微波传输线 4微带线
第3章 微波传输线
微带线可由双导体系统演化而来, 但由于在中心导带和接 地板之间加入了介质, 因此在介质基底存在的微带线所传 输的波已非标准的TEM波, 而是纵向分量Ez和Hz必然存在。
下面我们首先从麦克斯韦尔方程出发加以证明纵向分量的 存在。
第3章 微波传输线
为微带线建立如图 3 - 5 所示的坐标。介质边界两边电磁 场均满足无源麦克斯韦方程组:
t )](w / h h
2)
h
2h
2h
第3章 微波传输线
式中, we为t不为零时导带的等效宽度; RS为导体表面电阻。
为了降低导体的损耗, 除了选择表面电阻率很小的导体材 料（金、 银、 铜）之外, 对微带线的加工工艺也有严格的要求。 一方面加大导体带厚度, 这是由于趋肤效应的影响, 导体带越厚, 则导体损耗越小, 故一般取导体厚度为 5~8 倍的趋肤深度; 另一 方面, 导体带表面的粗糙度要尽可能小, 一般应在微米量级以下。
(2) 介质衰减常数αd
对均匀介质传输线, 其介质衰减常数由下式决定:
ad
1 2
GZ0
27.3
0
tan
第3章 微波传输线
式中, tanδ为介质材料的损耗角正切。由于实际微带只有 部分介质填充, 因此必须使用以下修正公式
式中,
q
ad
e
27.3
(q e ) tan
0
r
为介质损耗角的填充系数。
r
一般情况下, 微带线的导体衰减远大于介质衰减, 因此一般
第3章 微波传输线
同理可得
EZ1 y
r
Ez 2 y
j
(1
1
r
)
E
y
射频微波芯片设计4：耦合器芯片
射频微波芯片设计4：耦合器芯片SUBSCRIBE to US《射频微波芯片设计》专栏适用于具备一定微波基础知识的高校学生、在职射频工程师、高校研究所研究人员，通过本系列文章掌握射频到毫米波的芯片设计流程，设计方法，设计要点以及最新的射频/毫米波前端芯片工程实现技术。
本文共分为三个部分：1、前言——讨论为啥要了解RF耦合器；2、基本概念——认识什么是RF耦合器；3、设计分析——实例浅析耦合器芯片的设计流程。
全文阅读大概需3分钟，如果您能静下心阅读5分钟以上，这将是我写这篇耦合器设计入门文章的无上荣幸。
前言对于耦合器这个名词，相信做射频微波的同学们都不陌生，这大概又一个学习微波网络的经典案例分析器件了吧。
当然可能有朋友又会说，耦合器有啥好学的啊，不就是几十年前的RF教科书器件嘛，学了有啥用呢？笔者认为，在现代无线电子系统，虽然耦合器的设计理论成熟，实现方式灵活简洁，但是其在电子系统中的地位还是举足轻重的：（1）在圆极化天线、MIMO天线阵列等天线设计中，耦合器往往充当一个信号分配，相位控制的部件，不仅仅可以把功率分配给所需的天线端口，还可以额外地给输出端口一个相位差；（2）在功率放大器设计中，耦合器主要有两个用法：一是做Doherty主从支路的信号分配器；二是再做线性化时对输出功率进行耦合，反馈到前端进行非线性消除；（3）在低噪声放大器设计中，耦合器主要是用来做放大器的平衡式结构，拓展LNA的带宽与输出线性度；（4）在IQ混频器设计中，耦合器主要是用来做本振链路的功率分配与IQ相位分配；（5）在移相器设计中，耦合器主要是用来做多路相位控制；（6）在功率检测电路中，低耦合度的耦合器也是十分有用的。
当然，耦合器在射频微波电路中的运用还有很多，本文就不再吹彩虹屁了，读者朋友们可以自行了解更多相关应用。
综上所述，笔者认为在现代无线电子系统中，一款低成本，高性能，小型化的耦合器将永远不过时。
在笔者确定写这篇博文之后才发现其他RFASK的博主分享了很多耦合器相关的博文，如博客主赵强的《微波笔记·3dB短缝波导耦合器设计》、《微波笔记·带状线超宽带电桥设计》、《贝兹孔波导定向耦合器的实现》、《微波笔记·Lange电桥的设计》都是不错的学习资源，大家可以自行前往学习哦。
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缺点
工作频带窄 机械加工难度较大，不适于在微波高频段使用
2014-10-25
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（2）匹配元件
2014-10-25
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匹配元件
全匹配负载
作用------在传输系统中建立行波状态（ =0， =1 ） 要求 较宽的工作频带 输入驻波比小 一定的功率容量
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2014-10-25
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（3）失配负载
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二、微波连接元件
连接元件
接头：把相同传输线连接在一起的装置 转接元件：把不同类型传输线连接在一起的装置
连接点接触可靠; 输入驻波比尽可能小 <1.2; 工作频带要宽; 无泄漏 结构要牢靠，装拆方便，容易加工等
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接头
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匹配元件
匹配负载是由吸收材料和匹配段构成 根据吸收材料的几何形状
面吸收式：用于小功率微波系统 体吸收式：用于大功率微波系统
根据吸收材料的种类
固体：金属电阻膜，碳化硅，羟基铁 液体：水 测试实验表明，水负载的驻波比为 < 1.05 ~ 1.20，能承受 数百至几十千瓦的平均功率，是良好的微波匹配负载。
4
4.1 连接匹配元件
终端负载元件
短路负载 匹配负载 失陪负载 波导接头 衰减器、移相器、转换接头 螺钉调配器 多阶梯阻抗变换器 渐变型阻抗变换器
微波连接元件
匹配元件
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连接匹配元件的要求
连接处接触电阻尽可能小 连接处的缝隙不能产生微波泄漏 工作频带宽 安装、拆装方便
E—T分支
口输入，、等幅反相输出（分路） 、等幅反相输入，口输出最大（合成） 口输入，、等幅同相输出（分路） 、等幅同相输入，口输出最大（合成）
H—T分支
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波导型定向耦合器
通过在主副波导的公共壁上的耦合孔来实现 副波导各端口的输出功率的大小，决定于耦合孔的 大小、形状和位置
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短路负载
可调短路器：短路活塞
分类：接触式和扼流式
接触式
短路活塞与传输线内 壁有良好的电接触并 能平滑移动
弹性材料-----铍青铜，磷青铜 接触过紧——活塞移动困难 接触过松——增加辐射损耗甚至造成接触点打火
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短路活塞-----扼流式
反射波的影响
消除反射波
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阻抗调配器和阻抗变换器
匹配方法
插入可调的电抗元件或阻抗变换元件，产生新的反 射波来抵消原来的反射波，达到匹配
阻抗匹配网络
阻抗调配器
元件参数可调，采用Smith圆图来确定阻抗调配网络中 各个电抗元件的参数 利用网络综合法,设计出满足一定技术指标的阻抗匹配 网络,一旦根据需要设计好以后,不能任意改变
19_15
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转换接头（2）
波导―微带转接器
波导(Ze=400-500 Ω)
微带线(Z0=50 Ω) 中间加脊波导过渡段 实现阻抗匹配
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转换接头（3）
同轴线―微带转接器
同轴线内导体直径的选取 与微带线的特性阻抗有关
通常使
内导体直径等于微带线中 心导带宽度
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短路负载
可调短路器-----短路活塞
特点
在特定的微波频率范围内，反射系数 约等于 1 短路面的位置可以移动 尽可能多地反射微波功率 辐射损耗，吸收损耗都应尽量小 工作频带尽量宽 电接触良好，移动平滑，磨损小 传输大功率时保证接触处不发生打火现象
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设计短路活塞的基本原则
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常用射频/微波接头
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波导接头
接头（法兰盘）
平接头 机械加工要求高
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抗流接头 真正短路
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抗流法兰盘
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扭转与弯曲元件
扭转元件：当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时; 弯曲元件：当需要改变电磁波的方向时，可用波导弯曲。 为了使反射最小, 扭转长度应为(2n+1)λ/4, E面波导弯曲的曲率半 径应满足R≥1.5b, H面弯曲的曲率半径应满足R≥1.5a。
尽量减少插入损耗！！
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一、终接元件----传输线终端所接的元件
单端口网络 匹配负载
将所有的电磁能量全部吸收而无反射 ρ=1,Γ=0 将所有的电磁能量全部反射 ρ=∞,Γ=1
短路器
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（1）短路负载
短路负载------短路器
作用----将电磁能量全部反射回去
衰减器
分类
按是否可调分 固定衰减器 可变衰减器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ按工作原理分 吸收衰减器 截止衰减器 极化衰减器
0 [ S a ] l e
e
l
0
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吸收式衰减器
工作原理 在波导内放入与电场方向平行的吸收片，当微波能 量通过吸收片时，将吸收一部分能量而产生衰减
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转换接头（4）
矩形波导―圆波导模式变换器
大多采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换
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衰减器和移相器
二端口网络 衰减器
作用：对通过它的微波能量产生衰减
移相器
作用：对通过它的微波信号产生一定的相移，但能 量无衰减
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匹配元件
设计和评价微波匹配负载的基本原则
端口在尽量宽的频带内保持阻抗匹配，要求吸收材料的边界 缓慢过渡。 采用功率容量大的吸收材料，吸收材料尽量放置在强电场区
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匹配元件
匹配负载的主要技术指标
功率容量
功率容量为数百毫瓦以下的匹配负载为小功率匹配负载
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H—T分支
H—T分支（总与同相联系）
1、口输入，、均有输出
2、口输入，、均有输出
3、口输入，、等幅同相输出 3、、等幅同相输入，口输出最大
4、、等幅反相输入，口无输出
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H—T分支
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49
功率合成（分配）器
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双T
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双T散射矩阵
可逆无耗四端口网络（互 易、对称）
S11 S S 12 S13 S14
S12 S11 S13 S14
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1.波导分支器-----功分器、功率合成器
H-T分支
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E-T分支
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E—T分支
E—T分支（总与反相联系）
1、口输入，、均有输出
2、口输入，、均有输出 3、口输入，、等幅反相输出
4、、等幅同相输入，口无输出
5、、等幅反相输入，口输出最大
（a）宽壁斜交单孔耦合器
（c）十字孔定向耦合器
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（b）多孔定向耦合器
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双T和魔T 双T：
将具有共同对称面的E―T接头 和H―T接头组合起来 、平分臂，、隔离臂
双T性质
（1）口输入，、等幅反相输出，口输出为0
（2）口输入，、等幅同相输出，口输出为0 （3）、等幅同相输入，口无输出，口有输出 （4）、等幅反相输入，口有输出，口无输出
有效短路面不在 活塞和系统内壁 直接接触处，位 于向波源方向移 动 4 的距离
特点：
损耗小
驻波比可以大于100
频带较窄, 一般只有10%-15% 的带宽
2014-10-25
同轴S型扼流短路活塞，它具 12 有宽带特性。
可调短路器-----短路活塞
优点
无机械接触，无磨损 电性能稳定 交流短路，直流开路，可以通过它来为微波腔体内的有 源器件提供直流偏置
a l b (a ) (b )
b
a
R
(c)
图 5 – 4 波导扭转与弯曲元件
2014-10-25
(a)波导扭转 （b）E面弯曲 （c）H面弯曲
R
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转换接头（1）
转接元件-----将不同类型 传输线或元件连接
阻抗匹配 模式的变换 内导体插入深度h 偏心距d 短路活塞位置l
同轴线―波导转接器
单节阻抗变换器-----/4阻抗变换器
缺点： 频带窄 Z1、Z3差距大时，尺寸突变大，不连续电容大
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2014-10-25
多节λ/4阶梯阻抗变换器
n节有（n+1）个阶梯，产生（n+1）个反射波到输入端，产 生叠加效果，在某些频率上全部（部分）抵消，形成匹配 在较宽的频带内有较小的反射系数