第4-1微波器件,连接元件
《微波技术与天线》第五章微波元件
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
谐振窗
0 2a' r (
a 2 b 2 )( ) a' b' ( 1, ) r1 r2 r b 2 1( ) b'
微波电抗性元件
传输线中的不均匀区域
指传输线中的结构、尺寸、参数发生突变的区域。 具有电容或电感的性质，可等效为电感或电容，即电 抗元件。 原理 在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，可分 解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输、 而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均 匀区附近储存了高次模式的电磁场能量。 若储存的主要是磁场能量（在某区域磁场储能>电场 储能不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。 若储存的主要是电场能量（在某区域电场储能>磁场 储能）不均匀区域相当于一个储存电能的电容。 8 3/26/2019
主要内容
微波电阻性元件 微波电抗性元件
波导元件的实现方法 微带元件的实现方法
衰减器 匹配负载 阻抗调配器和阻抗变换器 连接元件 分支元件 定向耦合器 功率分配器 3/26/2019
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衰减器
微波电阻性元件
用来控制微波传输线中传输功率的装置。 通过对波的吸收、反射或截止来衰减微波能量。 主要应用 去耦 消除负载失配对信号源的影响。 调节微波源输出的功率电平。
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电容膜片 电容膜片并联电纳的相对值：
bC BC 4b d 2t b d ln(csc ) ( ) Y0 g 2b g d b
3/26/2019
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电感膜片 主模在膜片处有平行于膜片的电场，为满足膜片的边 界条件，需要反方向的电场来抵消，故产生的高次模 是TE模。 此高次模是截止模，在膜片附近储存的磁能大于电能， 相当于一个电感。 由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电感。
微波技术与天线(重点)
微波：是电磁波中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（频率最高）的波段，其频率范围从300Mhz （波长1m）至3000GHz（波长0.1m）.微波的特性：1.似光性2.穿透性3.宽频带特性4.热效应特性5.散射特性6.抗低频干扰特性.与低频区别：趋肤效应，辐射效应，长线效应，分布参数。
微波传输线的三种类型:1.双导体传输线，2.金属波导管3.介质传输线。
集总参数：在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个元件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。
这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。
用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。
对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯一地确定了电压电流。
分布参数：电路是指电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。
这说明分布参数电路中的电压和电流除了是时间的函数外，还是空间坐标的函数。
分布参数电路的实际尺寸能和电路的工作波长相比拟。
对于分布参数电路由传输线理论对其进行分析。
均匀传输线方程（电报方程）：，传输线瞬时电压电流：特性阻抗:(无耗传输线R=G=0.)平行双导线(直径为d,间距为D):同轴线（内外导体半径a,b）:相移常数：tt ziLt zRizt zu∂∂+=∂∂),(),(),(tt zuCt zGizt z i∂∂+=∂∂),(),(),()cos()cos(),(21zteAzteAt zu zzβωβωαα-++=-+)]cos()cos([1),(21zteAzteAZt zi zzβωβωαα-++=-+CjGLjRZωω++=dDZr2ln1200ε=abZrln600ε=λπωβ2==LC输入阻抗：反射系数：终端反射系数:输入阻抗与反射系数关系：驻波比：；1.行波状态沿线电压电流振幅不变，驻波比为1，终端反射系数0，传输线上各点阻抗等于传输线特性阻抗。
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5章 微波元件
螺钉是低功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元件 , 它 是在波导宽边中央插入可调螺钉作为调配元件, 如图 5 - 7 所示。 螺钉深度的不同等效为不同的电抗元件, 使用时为了避免波导 短路击穿, 螺钉都设计成容性, 即螺钉旋入波导中的深度应小于 3b/4(b为波导窄边尺寸)。 由第1章的支节调配原理可知：多个 相距一定距离的螺钉可构成螺钉阻抗调配器, 不同的是这里支 节用容性螺钉来代替。
波导连接头除了法兰接头之外, 还有各种扭转和弯曲元件 (如图 5 - 4 所示)以满足不同的需要。当需要改变电磁波的极 化方向而不改变其传输方向时，用波导扭转元件; 当需要改变 电磁波的方向时，可用波导弯曲。波导弯曲可分为E面弯曲和 H面弯曲。 为了使反射最小, 扭转长度应为(2n+1)λg/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。
(b) 所示 , 它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处 ,
而向波源方向移动λg/2的距离。
第5章 微波元器件
这种结构是由两段不同等效特性阻抗的 λg/4 变换段构成 , 其工作原理可用如图 5 - 1(c)所示的等效电路来表示, 其中cd段
相当于λg/4终端短路的传输线 , bc 段相当于λg/4终端开路的传
第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
5.1 连接匹配元件 5.2 功率分配元器件 5.3 微波谐振器件
5.4 微波铁氧体器件Leabharlann 返回主目录第5章 微波元器件
第5章 微波元器件
无论在哪个频段工作的电子设备, 都需要各种功能的元器件, 既有如电容、电感、电阻、滤波器、分配器、谐振回路等无源 元器件, 以实现信号匹配、 分配、 滤波等; 又有晶体管等有源
04微波技术第4章微波振荡源
§4-1 概述
微波电子器件包括：微波半导体 器件和微波真空器件两大类：
1、微波半导体器件：微波二极管(体效应 二极管，雪崩二极管)，微波晶体管 a. 微波二极管：能够工作于微波波段的各 种半导体二极管
EXP：隧道二极管,点接触二极管(低噪声接收器件)
体效应二极管，雪崩二极管(用于微波功率源)
显然，电子从离开
到返回
所用的总时间为
如上所述，高频场调制的结果使电子离开 的速度不同，因而电子的飞越时间也不同，但是 它们可同“中心电子”一齐飞回到谐振腔。由于 D>>d， ( d为两栅网间距离， 为高频电 压幅值)，所以可取 近似等于中心电子的速度 ，故有
意义：电子将它的最大动能交给速调管谐 振腔应满足以上相位平衡条件，即速度为 的一族电子正好落在交变电场的最大处。
二、反射速调管
1、反射速调管的结构和组成
反射速调管主要由：电子枪、加速栅极、环 形谐振腔、 反射极、输出耦合装置等几部分组成： a、阴极：阴极为氧化物旁热式阴极，用来发射电 子； b、加速栅极：加有直流高压U0，加速从阴极发射 的电子； c 、环形谐振腔：其两个壁做成网状，可以让电子 穿过，上下栅网间有交变电压，这个交变电压改 变电子的速度----速度调制； d 、反射极：加有比阴极为负的电压Ur，产生制动 空间，作用是产生密度调制。
讨论:
（1）、f, D, U0不变时，改变Ur的值，n取不 同的值(n=0,1,2,3……)对应不同的振荡区； （2）、只有当反射极电压为某些数值时，群 聚电子流才能在合适的时刻返回谐振腔， 从而最大限度的交出能量，产生震荡；而 在反射极电压为另外一些值时，群聚电子 流在不利的时刻返回到谐振腔，因而不能 产生振荡。 （3）、n越小，飞越时间τ增大，表明反射极 电压Ur的值较小.
微波技术与天线——第3章
第三章、常用微波元器件
耦合器、阻抗变换器和滤波器等。 二、线性非互易元件 这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质，具有 非互易特性，其散射矩阵是不对称的。但仍工作于线性 区域，属于线性元件范围。常用的线性非互易元件有隔 离器、环行器等。 三、非线性元件 这类元件中含有非线性物质，能对微波信号进行非 线性变换，从而引起频率的改变，并能通过电磁控制以 改变元件的特性参量。常用的非线性元件有检波器、混 频器、变频器以及微波控制元件等。
放大器
第三章、常用微波元器件
衰减器 back
第三章、常用微波元器件
传输线中的电抗元件
微波系统中的电抗元件：利用微波传输线中结构尺寸 的不连续性组成的。由于不连续性引起的损耗很小，故 不连续性的等效电路不外乎是电感、电容、理想变压器 和无耗传输线段以及它们的组合。 电抗元件：包括感性元件和容性元件。感性元件是指 能够集中磁场和存储磁能的元件；而容性元件是指能够 集中电场和存储电能的元件。
第三章、常用微波元器件
电感销钉（等效为电感，结构为贯穿波导窄边的销钉） 电容销钉（等效为电容，结构为贯穿波导宽边的销钉） 5、波导阶梯 E面阶梯等效为并联的电容 H面阶梯等效为并联的电感 同轴中的不连续性等效为电抗元件： 同轴线中的阶梯和开路端以及间隙都等效为电容
微带线中的电抗元件
在微波电子电路中，还常用微带结构来模拟集总元件， 一般认为有限长度的微带线损耗很小，故仅用微带线结构 来实现电感、电容等储能元件及电感、电容的串、并联结
工作原理：当螺钉插入波导中时．一方面螺钉附近高 次模的电场较为集中；另一方面，宽壁上的轴向电流也 要进入螺钉产生附加磁场。当h较小(即h< λ /4)时，前 者影响较大，螺钉等效为一电容；当h增大时，高次模 的电能和磁能发生相对变化，如h＝ λ /4 ，电能和磁能
微波及天线考查报告任务书(第二版)刘学观
《微波与天线技术》课程考查报告任务书专业：通信工程班级：OX姓名：OOXX学号：XXOO二零一三年一月课程内容总结本书共分为十章，包括微波技术、天线与电波传播和微波应用系统三个部分。
第一至五章为微波技术部分，主要讨论了均匀传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络基础和微波元器件，其中在微波集成传输线部分主要讨论了带状线、微带线、耦合微带线及介质波导的传输特性，并对光纤的传输原理及特性做了介绍；在“微波元器件”一章中，从工程应用的角度出发，重点介绍了具有代表性的几组微波元器件，主要包括连接匹配元件、功率分配元器件、微波谐振元件和微波铁氧体器件。
第六至九章为天线与电波传播部分，主要叙述了天线辐射与接收的基本理论、电波传播概论、线天线及面天线，其中在线天线部分侧重介绍了在工程中常用的鞭天线、电视天线、移动通信基站天线、行波天线、宽频带天线、微带天线等，还对智能天线技术做了简要介绍。
微波应用系统安排在第十章，主要讨论了雷达系统、微波通信系统级微波遥感系统三个典型系统。
上述三部分既相互联系有相互独立，下面将做详细说明。
微波技术部分一、均匀传输线理论1、均匀传输方程及其解（1）均匀传输线方程⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==++)()_()()_(i u z I z I Γz U z U Γ 对于时谐振电压和电流，可得时谐传输线方程式中，L j R Z ω+= C j G Y ω+= 分别称为传输线单位长串联阻抗和单位长并联导纳。
（2）均匀传输线方程的解z sh Z I z ch U z U γγ011)(+= z sh Z Uz ch I z I γγ011)(+=（3）传输线的工作特性参数特性阻抗0Z ;传播常数γ;相速p ν与波长λ。
2、传输线阻抗与状态参量（1）输入阻抗: 对无耗均匀传输线, 线上各点电压U(z)、 电流I(z)与终端电压U1、终端电流Il 的关系如下：（2）反射系数: 传输线上任意一点z 处的反射波电压（或电流）与入射波电（或电流）之比为电压（或电流）反射系数, 即：（3）输入阻抗与反射系数的关系 )](1[)()()(1z e A z U z U z U z j Γ+=+=-+β )](1[)()()(01_z e Z A z I z I z I zj Γ-=+=+β tt z u C t z Gu z t z i ∂∂+=∂∂),(),(),(t t z i L t z Ri zt z u ∂∂+=∂∂),(),(),()()(z YU dzZ dI =)()(z ZI dzZ dU =⎪⎭⎪⎬⎫+=+=)sin(j )cos()()sin(j )cos()(011011z Z U z I z I z Z I z U z U ββββ3、无线传输线的状态分析无线传输线有以下三种工作状态：①行波状态；②纯驻波状态；③行驻波状态。
微波器件的分类_微波器件的应用介绍
微波器件的分类_微波器件的应用介绍
什么是微波器件是指工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件，称为微波器件。
微波器件按其功能可分为微波振荡器（微波源）、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。
通过电路设计，可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路，例如，利用这些器件组装成发射机、接收机、天线系统、显示器等，用于雷达、电子战系统和通信系统等电子装备。
微波器件的分类微波器件按其工作原理和所用材料、工艺不同，又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路（固态器件）和微波功率模块。
微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等，利用电子在真空中运动及与外围电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。
微波半导体器件包括微波晶体管和微波二极管，具有体积小、重量轻、可*性好、耗电省等优点，但在高频、大功率情况下，不能完全取代电真空器件。
微波集成电路是将具有微波功能的电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体材料芯片上，形成功能块，在固态相控阵雷达、电子对抗设备、导弹电子设备、微波通信系统和超高速计算机中，有着广阔的应用前景。
微波器件的作用1．终端负载元件：为一端口互易元件，主要包括短路负载、匹配负载和失配负载
1）短路负载，要求：
（1）保证接触处的损耗小，
（2）当活塞移动时，接触损耗变化小；
（3）大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。
可用作调配器，纯电抗元件
结构方式：接触式、扼流式（金属片）
2）匹配负载。
微波技术与天线第4章课后答案
第4章 无源微波器件4.1微波网络参量有哪几种？线性网络、对称网络、互易网络的概念在其中有何应用？ 答 微波网络参量主要有转移参量、散射参量、阻抗参量和导纳参量。
线性网络的概念使网络参量可用线性关系定义；对二口网络，对称网络的概念使转移参量的d a =，散射参量的2211S S =，阻抗参量的2211Z Z =，导纳参量的2211Y Y =。
互易网络的概念使转移参量的1=-bc ad ，散射参量的2112S S =，阻抗参量的2112Z Z =，导纳参量的2112Y Y =。
4.2推导Z 参量与A 参量的关系式（4-1-13）。
解 定义A 参量的线性关系为()()⎩⎨⎧-+=-+=221221I d cU I I b aU U 定义Z 参量的线性关系为⎩⎨⎧+=+=22212122121111I Z I Z U I Z I Z U⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=c d c c bc ad ca Z Z Z Z122211211Z 4.3从I S S =*T出发，写出对称互易无耗三口网络的4个独立方程。
解 由对称性，332211S S S ==；由互易性，2112S S =，3113S S =，3223S S =。
三口网络的散射矩阵简化为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=112313231112131211S S S S S S S S S S 由无耗性，I S S =*T，即⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡100010001*11*23*13*23*11*12*13*12*11112313231112131211S S S S S S S S S S S S S S S S S S 得1213212211=++S S S0*2313*1112*1211=++S S S S S S 0*1113*2312*1311=++S S S S S S 0*1123*2311*1312=++S S S S S S4.4二口网络的级联如图所示。
微波元器件
微波连接匹配元器件
微波连接匹配元件可分为终端负载元件、微波连 接元件以及阻抗匹配元器件三大类。 一 、终端负载元件是典型的一端口互易元件，主要 包括短路负载、匹配负载和失配负载。
匹配负载
二 、微波连接元件是二端口互易元件，主要包括： 波导接头、衰减器、相移器、转换接头。
接触头：平法兰盘、 普通螺母、螺 栓…… 抗（扼）流头：扼 流法兰盘……
新型器件
1、混频器 变频（或混频），是 将信号频率由一个量 值变换为另一个量值 的过程。具有这种功 能的电路称为变频器 （或混频器）。混频 器通常由非线性元件 和选频回路构成。
2 、压控振荡器 输出频率与输入控制电 压有对应关系的振荡电 路(VCO)。压控振荡器的 类型有LC压控振荡器、 RC压控振荡器和晶体压 控振荡器。对压控振荡 器的技术要求主要有： 频率稳定度好，控制灵 敏度高，调频范围宽， 频偏与控制电压成线性 关系并宜于集成等。
第五章 微波元器件
按变换性质分
（1）线性互易元件 • 元件中没有非线性和非互易性物质，之进行线性变换而不 改变频率。 • 常用元件：微波连接匹配元件、功率分配元器件、微波谐 振器件、微波滤波器等。 （2）线性非互易元件 • 元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质，具有非互易特性， 其散射矩阵是不对称的。但工作于线性区域，仍属于线性 元件范围。 • 常用元件：隔离器、环行器等。 （3）非线性元件 • 元件中含有非线性物质，能对微波信号进行非线性变换， 从而引起频率的改变，并能通过电磁控制来改变元件的特 性参量。 • 常用元件：微波晶体管、微波电子管、微波固态谐振器、 微波场效应管及微波电真空器件等。
2 、铁氧体环行器
环行器是一种具有非 互易特性的分支传输 系统，常用的铁氧体 环行器是Y形结环行 器，它是由三个互成 120°的角对称分布 的分支线构成。
《微波技术》[第5章]
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第一节
第 五 章 微 波 元 件
微波元件
引 言
低频电路有电阻、电容、电感元件。微波电路中 也有一些微波元件，如匹配负载、电抗元件等。 微波元件的功能：对微波信号进行各种变换。 微波元件的分类：
1. 按传输线类型分：
合肥工业大学物理学院
2. 按变换性质分：
（1）线性互易元件 元件中没有非线性和非互易性物质。
合肥工业大学物理学院
第二节
一、终端负载
终端负载和连接元件
ห้องสมุดไป่ตู้终端负载：传输线终端所接元件。
第 五 章 微 波 元 件
分类：常用的终端负载有短路负载和匹配负载。 1、短路负载 短路负载：将电磁能量全部反射回去。 将同轴线和波导终端短路，即分别成为同轴线和 波导固定短路器。短路负载又称为短路器。 一般是可调象活塞状短路器。也称短路活塞。
圆 耦 波 合 导 环
输出同轴线
截 止 衰 减 器
输入同轴线
合肥工业大学物理学院
二、移相器 移相器是对电磁波只产生一定的相移而不产生能 量衰减的微波元件，它是一个无反射、无衰减的二 端口网络，其散射矩阵为
第 五 章 微 波 元 件
0 [ S] = − jθ e
e− jθ 0
其中移相器的相移量为 θ = β l = 2πl λ p 可变移相器与可变衰减器在结构形式上完全相似， 所不同的是：前者是改变介质片的位置，后者是 改变吸收片的位置。
合肥工业大学物理学院
（1）接触活塞 由细弹簧片构成，活塞移动时，接触有时不好， 会发生打火现象，现在基本不用。
第 五 章 微 波 元 件
（2）扼流活塞 有“山”、“S”型的波导、同轴元件短路器。 如“山”型：
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
微波技术微波技术第五章(1)
当GA、GB 都远小于1 时，在A-A’处的总反射系数可近似为
令q = l，得
j 2l0
G = G = GA GBe 4 G = GA GBe j2q = GA (1+e j2q )
= GAe jq (e jq e jq ) = 2GAe jq cos q
(3-158)
以保证接头处 (如图示1、2之间) 有良好的电接触。扼流接头安装方
便、功率容量大；但频带较窄。
扼流接头
平接头
2. 拐角、弯曲与扭转元件
改变电磁波的传输方向用拐角、弯曲元件；改变电磁波的极化
方向而不改变其传输方向用扭转元件。要求r 小、频带宽、功率容 量大。为使反射最小, 拐角和扭转段长度l =(2n+1)lg/4。E面弯波
Γ = Z Z0 Z Z0
1
r=
1
Γ Γ
=
Z
e
Z
=
b
a
b
Z0 b0
Z0 = b0 Zb
(Z Z0) (Z Z0)
(5 5) ( 5 – 6)
第二节 二端口元件
无耗二端口网络的基本性质（已在课件第四章(1) 讲解）
一、连接元件 连接元件的作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。 要求接触损耗小, 驻波比小, 功率容量大, 工作频带宽。 这里只介绍单纯起连接作用的接头、拐角、弯曲和扭转元件。
Rmax Z0 Rmax Z0
B-B’处的局部反射系数为
GB
=
Rmax Rmax
Z01 Z01
=
Rmax Rmax
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工作波型
微带线型
单模元件
多模元件
微波元件作用
信号源 隔离器 衰减器 相移器
定向 耦合器
滤波器
测量 有：连接元件、终端元件、匹配元件、
负载
衰减与相移元件、分路元件、滤波元件等。
按网络端口可分为：一端口网络、 二端口网络、 三端口网络、 四端口网络。
功能：1、连接、匹配元件 2、 功率分配元件器
§4.1 连接、匹配元件
由接头处
V1 = V2
S12 =
Z02 V1-
=
Z V+ 01 2 V1+ = 0
Z 02
V1
=
Z01 V2 / (1+ S22 )
Z 02 Z 01
(1+
S22 )
S12 =
Z02 Z01
骣 çççç桫1+
Z01 Z01 +
Z02 Z02
÷÷÷÷=
Z02
2Z01
2 =
Z01Z02
Z01 Z02 + Z01 Z02 + Z01
=
Z V+ 02 1 V2+ = 0
Z 01
V2
=
Z02 V1 / (1+ S11 )
Z 01 Z 02
(1+
S11 )
S21 =
Z01 Z02
骣 çççç桫1+
Z02 Z02 +
Z01 Z01
÷÷÷÷=
Z01 ? 2Z02 Z02 Z02 + Z01
2 Z01Z02 Z02 + Z01
对于S22和S12，其等效电路图为
(3) 大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。
可用作调配器，纯电抗元件 结构方式：接触式、扼流式 （金属片）
扼流式短路活塞
等效电路上ab在的输入阻抗
1．传输散射矩阵的表示法
由于散射矩阵不便于分析级联二端口网
络。引入传输散射参数—传输参数。
a1
a2
b1
b2
以输入端口的归一化出射波b1、 入射波a1为因变量，输出端口的 归一化入射波a2、出射波b2为自 变量，定义方程：
b1 = T11a2 + T12b2 a1 = T21a2 + T22b2
或写成矩阵形式：
T21 = - T12
• 对于互易二端口网络( S12 = S21 )，T参数应满足
T11T22 - T12T21 = 1
与ABCD矩阵类似，级联二端 口网络的T矩阵等于各单个 二端口网络T矩阵的乘积。 对于二级级联二端口网络
a1
a2
b1 A b2
a1 B a2
b1
b2
轾 犏 犏 臌ab11AA = 轾 犏 犏 臌TT1211AA
连接、匹配元件
终端负载元件 微波连接元件 阻抗匹配元件
1 ．终端负载元件
为一端口互易元件，主要包括短路 负载、匹配负载和失配负载
一端口散射参量：
S11 =
Z - Z0 Z + Z0
1）短路负载
短路器，可调短路活塞
ZL = 0
要求：
(1) 保证接触处的损耗小，G ? 1 ；
(2) 当活塞移动时，接触损耗变化小；
轾 犏 b1 犏 臌 a1
=
轾 犏 T11 犏 臌 T21
T12 轾 犏 a2 T22 犏 臌 b2
[T ]=
轾 犏 T11 犏 臌 T21
T12 T22
a1
a2
b1
b2
传输散射矩阵 T矩阵
T矩阵与S矩阵的关系：
轾犏T11 犏臌T21
T12 T22
=
轾犏(- S11S22 + S12S21) / S21 犏臌 - S22 / S21
S11 / S21 1/ S21
注意，当正向传输系数S21为零时T参数将是不确定的。
轾 犏S11 犏 臌S21
S12 S22
=
轾 犏T12 / T22 犏 臌1/ T22
T11 - (T12T21 / T22 ) - T21 / T22
上式中同样要求 T22 ¹ 0
2．二端口T矩阵的特性
• 对于对称二端口网络，若从网络的端口1和2看 入时网络是相同的，则必有S11 = S22，可得：
S21 =
b2 a1
a2 =
= 0
V2V1+
/ /
Z02
=
Z01 V2+ = 0
Z01 V2Z V+
02 1 V2+ = 0
对于1端口 V1 = V1+ + V1- = V1+ (1+ S11)
对于2端口 V2 = V2+ + V2- = V2由接头处， V1 = V2
Z01
Z02
∴ S21 =
Z01 V2-
Z01
Z02
S22 =
b2 a2
a1 =
= 0
Gin =
Zin - Z02 = Zin + Z02
Z01 - Z02 Z01 + Z02
S12 =
b1 a2
a1 =
= 0
Z02 V1Z V+
01 2 V1+ = 0
对于1端口 V1 = V1+ + V1- = V1-
对于2端口 V2 = V2+ + V2- = V2+ (1+ S22 )
∴
[S ]=
轾 犏 犏 犏 犏ZZ0022
+
Z01 Z01
2 Z01Z02 Z02 + Z01
犏 犏 犏 犏 臌2Z02Z+01ZZ0021
Z01 - Z02 Z01 + Z02
互易
§3.4 传输散射矩阵
对于二端口网络，由于常用状态为如图 级联状态。如用S参量作级联，非常复杂， 则需引入新的参量。
T12 B T22 B
轾 犏 犏 臌ab22BB=来自轾 犏 犏 臌TT1211
T12 T22
轾 犏 犏 臌ab22BB
即 轾 犏T11
犏 臌 T21
T12 T22
=
轾 犏T11A 犏 臌 T21A
T12 A 轾 犏T11B T22 A 犏 臌 T21B
T12 B T22 B
用矩阵表示：
[T ] = [T ]1[T ]2
对于N级级联二端口网络的T矩阵等于各单个二端口网络 T矩阵的乘积
轾 犏 犏 臌 TT1211
Õ T12
T22
=
N 轾 犏 T11i i= 1 犏 臌 T21i
T12i T22i
注意其次序与级联次序同。
第4章 常用微波元件
微波系统是由有源微波电路和微波无源元件组成。
微波元件
波导型
导行系统
结构
同轴线型
例：求两个不同特性阻抗的传输线接口处的S矩阵
解：二端口网络只包含接头，参 考面的选择：1端口和2端口 均在虚线处
S11 =
b1 a1
a2 =
= 0
Gin
其等效电路为：
Z02
Z01
Z02
S11 =
b1 a1
a2 =
= 0
Gin =
Zin - Z01 = Zin + Z01
Z02 - Z01 Z02 + Z01
T12 A T22 A
轾 犏 犏 臌ab22
A A
轾 犏 犏 臌ab11BB = 轾 犏 犏 臌TT1211BB
T12 B T22 B
轾 犏 犏 臌ab22BB
对于两级联之间的入射波和出射波的关系，故有：
轾 犏 犏 臌ab11AA = 轾 犏 犏 臌TT1211AA
T12 A T22 A
轾 犏 犏 臌TT1211BB