第六章-常用微波元件幻灯片

0 0 1 1
[S] 1 0 0 1 1
2 1 1 0 0
1 1 0 0
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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
S11 [S] S12
SS1143
S12 S11 S13 S14
S13 S13 S33
0
S14
S14
0
S44
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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 ；
(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
的信号为差信号；如
果反射波与1端口的
l
信号反相时，3端口
输出为最大。
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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。
LA
10log
Pi 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。
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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
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。
l
A
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• 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
Y0
1
Z0
R2 Z022
R3 Z023
如以输入电阻表示功率比，则
P2 Zin3 R2 Z023 1 P3 Zin2 Z022 R3 k2
可解得
Z02Z0 k1k2
1 k2
Z03 Z0
k3
3
一、波导的T形接头
6-8 波导匹配双T
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。
1 k2
则
U22 k 2 U32
2R2
2R3
2
按条件(3)，由上式可得 R2 k2R3
若取 R2 kZ0 ，则 R3Z0 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
；若①端口理
想短路，②端口理想匹配，则④端口输
出功率为
。
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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。
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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
(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。
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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
耦合。
微带三端口功分器原理图
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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
P2
U
2 2
2R2
P3
U
2 3
2R3
如由条件(1)要求输出功率比为
P2 P3
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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。
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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；