第六章 常用微波元件2

对于普通的双T 接头，由于连接处结构突变，即使双T 各臂均接匹配 负载，接头处也会产生反射，为了消除反射，通常在接头处加入匹 配元件(如螺钉、膜片或锥体等)，就可以得到匹配的双T，它具有下 列重要性质： (1) 匹配特性：在理想情况下，它的四个端口是完全匹配的，只要1和2端口能 调到匹配，3和4端口一定匹配，即S11=S22=S33=S44=0 ；
Y0 R2 R3 1 2 2 Z 0 Z 02 Z 03
如以输入电阻表示功率比，则
2 P2 Zin 3 R2 Z03 1 2 2 P3 Zin 2 Z02 R3 k
可解得
Z02 Z0 k 1 k

2

Z 03 Z 0
1 k 2 k3
6-8 波导匹配双T
一、波导的T形接头
P2 1 2 P3 k
则
2 2 U2 U3 2 k 2 R2 2 R3
2 按条件(3)，由上式可得 R2 k R3
若取
R2 kZ 0 ，则
R3 Z 0 k
由条件(2)，即1端口无反射，所以要求由Zin2与Zin3并联而成的总 输入阻抗等于 Z0。由于在中心频率 = /2，Zin2= Z022/R2 ，Zin3= Z032/R3为纯电阻，则
微带三端口功分器原理图
功分器应满足下列条件： (1) 2端口与3端口的输出功率比可为任意指定值； (2) 1端口无反射； (3) 2端口与3端口的输出电压等幅、同相。
由于2端口、3端口的输出功率与输出电压的关系分别为
2 U2 P2 2 R2
2 U3 P3 2 R3
如由条件(1)要求输出功率比为
二、 普通双T和匹配双T 将具有共同对称面的E-T接头 和H-T接头组合起来，即构成 普通双T接头，如右图所示。
双T接头可等效为一个可逆无耗四端口网络，其散射参量矩 阵为
S11 S 12 [S ] S13 S14 S12 S11 S13 S14 S13 S13 S 33 0 S14 S14 0 S 44
为了描述滤波器的滤波特性，一般常用的是插入衰减随频 率变化的曲线。插入衰减的定义为
Pi L A 10log PL
式中Pi为滤波器所接信号源的最大输出功率，PL为滤波器的负 载吸收功率。 微波滤波器的主要技术指标有：工作频带的中心频率、带宽、 通带内允许的最大衰减、阻带内允许的最小衰减、阻带向通带过 渡时的陡度和通带内群时延的变化等。
l
又由于短路器的反射系数为-1，即有的相位差。 当l=lg/4时，波由A点经短路器的反射回至A点所走过 的路程为2l= lg/2，由路程所提相位差为，加上短路反射 所得相位差，因此，当波回A点时与1端口的入射波为同 相，因此，3端口的输出为最小功率。 当l=lg/2时，波由A点经 短路器的反射回至A点所 走过的路程为2l= lg，由 路程所提相位差为2，加 上短路反射所得相位差， 因此，当波回A点时与1端 口的入射波为反相，因此， 3端口的输出为最大功率。 A
下图是利用高低阻抗线 构成的微波滤波器的原理 性示意图及其等效电路。 适当选取每段传输线的长 度和它的特性阻抗，并按 一定顺序把它们级联在一 起，就构成了这种型式的 滤波器。
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高低阻抗线的结构示意图及其等效电路
实际中应用的滤波器远不止上面讲的这些，例如，利用耦合 传输线之间的相互作用，利用谐振腔或许多谐振腔的级联等， 都可以构成微波滤波器。
0 0 1 1 0 0 1 [S ] 2 1 1 0 1 1 0
1 1 0 0
8-18 如图所示E-T分支，其臂2接短路活塞，请问
短路活塞与对称中心平面的距离l为多少时， 臂3的负载得到最大功率或最小功率？
解： 2端口输出的信号经 短路器全部反射回来。 当第二个端口的反射 信号与1端口的信号 同相时，3端口输出 的信号为差信号；如 果反射波与1端口的 信号反相时，3端口 输出为最大。
6-7 微带功分器
定向耦合器的结构较复杂，成本也较高，在单纯进行功率分配的情 况下，用得并不多，通常用功分器来完成。大功率微波功分器采用波导 或同轴线结构，中小功率则采用带状线或微带线结构。 右图是微带三端口功分器原理图。 信号由1端口(所接传输线的特性 阻抗为Z0)输入，分别经过特性阻 抗为Z02、Z03的两段微带线从2和3 端口输出，负载电阻分别为R2及 R3。两段传输线在中心频率时电 长度均为 = /2，它们之间没有 耦合。
l
• 一波导匹配双T，其③端口为E臂，④端 口为H臂，若③端口输入功率为p，则① 端口输出功率为 ；若①端口理 想短路，②端口理想匹配，则④端口输 出功率为 。
6-9 微波滤波器
微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。
微波滤波器按作用分类，可划分为低通、高通、带通和带阻等四 种类型的滤波器，如下图所示。
E-T接头具有下列特性： (1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅反相输出，用散射参量表示则有： S13 = -S23； (2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22； (3) 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口无输出，此时对称面为电场的波腹 点；反过来，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口输出最大，此时对称面为 电场的波节点。 H-T接头具有下列特性： (1) 当信号从3端口输入时，则1和2端口有等幅同相相输出，用散射参量表示则有： S13 = S23； (2) 由于1和2端口在结构上对称，故有：S11 = S22； (3) 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口输出最大，此时，3端口对称面处 为电场波腹点；反之，当信号由1和2端口等幅反相输入时，3端口无输出，3端口对 称面处为电场波节点。
(2) 隔离特性：当3和4端口具有隔离特性时，即S34=S43=0，则1和2端口也具有隔 离特性，即S12=S21=0；
(3) 平分特性：当信号由3端口输入时，则反相等分给1和2端口，即S13 = -S23； 当信号由4端口输入时，同相等分给1和2端口，即S14 = S24；当信号由1端口输入 时，则同相等分给3和4端口，即S31 = S41；当信号由2端口输入时，则反相等分 给3和4端口，即S32 = -S42。故匹配双T的散射参量矩阵为
矩形波导的T形接头有E-T接头和H-T接头两种，如图所示。其中E-T 接头的分支波导宽面与主波导中TE10模的电场所在平面平行；H-T接头 的分支波导的宽面与主波导中TE10模的磁场所在的平面平行。
对于波导的T形接头，我们把主波导的两臂分别称为1和2端口，分 支臂称为 3 端口。分析波导的 T 形接头的工作特性，可利用波导中 TE10 模的电场分布来分析。 E-T 接头和H-T 接头中 TE10 模的电场分布 分别如图所示。
一、利用四分之一波长传输线并联电抗元件的滤波器
滤波器的结构是：在一特性 阻抗为Z0的传输线上，每隔 lp/4的距离就并接一个电抗性 元件(它的实际结构可以是短 路支线、膜片或螺钉)，设其 阻抗分别为Z1、Z2、Z3、Z4、 Z5和Z6，RL是滤波器所接的负 载。如图。
二、利用高低阻抗线构成的滤波器