微波技术基础第25次课
微波技术基础第25次课
第8章 常用微波元件
耦合线定向耦合器
其特性是:由端口①输入的信号一部分传至端口②，一部 分耦合至副线由端口③输出，端口④无输出。 对耦合微带线或其它非TEM线，奇，偶模速度不相同，耦 合器的定向性就要变差。为改变性能，需要采取相应的速 度补偿措施，如加介质覆盖层，采用各向异性基片，耦合 段做成锯齿形等。
P3 K 为功率分配比 P2
2
第8章 常用微波元件
8.4 四端口元件
四端口[S]参数性质 性质1:无耗互易四端口网络可以完全匹配，而为一理 想定向耦合器。 性质2:有理想定向性的无耗互易四端口网络不一定四 个端口均匹配，即是说四个端口匹配是定向耦合的充 分条件，而不是必要条件。 性质3:有二个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口 电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦匹 配并相互隔离。
徐锐敏 教授
电子科技大学电子工程学院 地点：清水河校区科研楼C309 电话：61830173 电邮：rmxu@
第8章 常用微波元件
8.3 三端口元件
在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：
无耦三端口网络的基本性质
第8章 常用微波元件
任意三端口网络的散射矩阵为
S11 S S 21 S 31 S12 S 21 S 32 S13 S 23 S 33
一个匹配的三端口网络的s矩阵可表示为若网络无耗则其s矩阵为幺正矩阵即有t010001100s??????????r001100010s??????????121321233132000sssssss??????????第第8章常用微波元件在如下两种情况下这些方程式满足1
第8章 常用微波元件 微波技术基础
微波的技术基础
4.长32m得理想传输线，其特性阻抗 Z0 600 ，信 号源内阻为 RL 600 ，工作频率 f 200MHz ，终端 负载 ZL (22 j66) ，试求终端反射系数的模，驻
利用阻抗圆图求负载阻抗。 • 用于阻抗匹配与阻抗变换的工程计算。
• 举例：
• 2-32.1 已知负载导纳为0，要求输入导纳为j0.12， 求 l/ 。
2.32.1思路：先找到 导纳为0的点A，然 后找到j0.12点B，连 接O和点A，B知向 负载的波数，B－A 即为所求。
2-33.1 已知 ZL 0.4 j0.8 求 dmin1, d max1 ,VSWR和K。
波比和输入阻抗，若用 / 4 阻抗变换器将负载匹
配，求其接入位置和特性阻抗。
解：1归一化负载阻抗并在圆 图上找到此点A，记下向电 源方向的波数0.482。
2.过A做等 圆，交于实轴 B和C点，C点处的r即为驻波 比。利用 与VSWR的关 系求 。
3 计算工作波长 c / f 1.5m传输线 的相对 波长数 l / 21.33 ， 然后由A向电源方向 旋转 0.33 与等圆的 交点为D0.315，D点 即为归一化输入阻抗。
要理解掌握的概念：
传播常数： Z1Y1 (R1 jL1)(G1 jC1)
特性阻抗：
Z0
(R1 jL1) (G1 jC1)
相速和相波长：
vp v
1 L1C1
g
2
vp f
•
输入阻抗：Zin
d
V d 1 I d 1
•
微波技术基础 教学大纲
微波技术基础一、课程说明课程编号：140425Z10课程名称：微波技术基础/ Basic Technology of Microwave课程类别：专业选修课学时/学分：48/3先修课程：线性代数、数学物理方法、信号与系统、电磁场与电磁波适用专业：电子信息科学与技术教材、教学参考书：1、《微波工程基础》，李宗谦等编，清华大学出版社，20042、《微波原理与技术》，赵克玉，许福永编，高等教育出版社，20063、《微波技术基础》，徐锐敏，唐璞编，科学出版社，20094、《微波技术与与微波电路》，范寿康等编，机械工业出版社，2003二、课程设置的目的意义微波技术基础是电子信息科学与技术专业的一门专业课，广泛应用于当前的通信与广播电视等方面。
本课程主要研究微波的产生、变换、放大、传输、辐射、传播、散射、接收、检测、测量等方面的内容，使学生对微波的工程应用有初步的了解，为今后从事微波工程子系统和大系统打下基础，如微波通信、微波遥感、雷达、电子对抗、微波电磁兼容等等。
三、课程的基本要求本课程以路和场相结合的方法系统阐述了微波在各种传输线中的传输规律，包括电磁场理论概述、传输线理论、规则波导理论和平面传输线；在此基础上，介绍微波网络的各种网络参量、微波网络的性质；最后介绍常用微波无源器件及其应用及几个典型的微波系统和微波技术的应用。
课程教学内容组织上注重基础性、系统性和实用性，精炼传统内容，注重基本概念及对工程问题处理方法的讲述。
将“场”和“路”的概念有机地结合起来，使课程在连贯性、系统性和实用性方面更加突出，注重微波技术基本理论的透彻分析以及与实际应用的结合，学生对微波的工程应用有初步的了解，为今后从事微波工程子系统和大系统打下基础，使学生提高分析、判断和解决问题的能力，并将所学知识运用到实践中去，从而开拓他们的创新能力。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求本课程安排实验4个，学时数为8，学生通过实验了解一些微波器件的工作原理和使用方法，实验名称及要求如下:1、基本微波测量系统原理及使用方法：熟悉基本微波元件的作用；掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。
微波技术基础引论PPT课件
1011 109 108 107 106
102
1 101
2021/7/12
3000GHz — 300GHz — 30GHz — 3GHz（3000MHz）— 300MHz
亚毫米波（THz）毫米波 5厘米波
第5页/共35页
分米波
微波:
1 mm to 1 m wavelength. bands: (1 GHz = 109 Hz) •P band: 0.3 - 1 GHz (30 - 100 cm) •L band: 1 - 2 GHz (15 - 30 cm) •S band: 2 - 4 GHz (7.5 - 15 cm) •C band: 4 - 8 GHz (3.8 - 7.5 cm) •X band: 8 - 12.5 GHz (2.4 - 3.8 cm) •Ku band: 12.5 - 18 GHz (1.7 - 2.4 cm) •K band: 18 - 26.5 GHz (1.1 - 1.7 cm) •Ka band: 26.5 - 40 GHz (0.75 - 1.1 cm)
及
Et
j
kc2
[t Ez
Zht H z
zˆ]
(0 形式) 0
Ht
j
kc2
[t H z
Ye zˆ
tEz ]
kc 0
k 2 kc2 2
k
2021/7/12
29
第29页/共35页
k 0 k2 kc2 k 1 (kc / k)2
c
k
又由 t Et jzˆHz t Ht j zˆEz
2021/7/12
30
第30页/共35页
混合波——
kc2 0
导行系统横向为衰减解形式，场被束缚在导行系统表面——表面波。
微波技术基础
《微波技术基础》复习要求第一章引言1.微波的工作频段2.微波的主要特点第二章微波传输线理论1.微波传输线与低频传输线的对比2.均匀传输线的电报方程（时域形式、频域形式）和波动方程3.已知负载的解型（无损形式）4.传输特性参数：特性阻抗、传播常数、相速、波长5.输入阻抗和反射系数：定义、公式和关系第二章微波传输线理论（续）6.无损传输线的工作状态分析7.传输功率（重点），功率容量和效率（一般）8.掌握阻抗圆图和导纳圆图的基本构成原理、圆图的主要特性（圆图作题不要求）9.阻抗匹配：三种阻抗匹配问题（重点）、阻抗匹配方法及其特点（一般）10.时域分析方法：时空图解法第三章金属规则波导1.规则波导的纵向场法公式（TE和TM）、波动方程和边界条件、波型分类等。
2.矩形波导：场的求解过程、下标含义和范围、场结构简易绘制方法的原理、传输特性（三种波长、截止条件、简并概念、主模、相速和群速、波阻抗等）3.圆波导：纵向场的求解形式、下标含义和范围，三种主要模式的基本特点第三章金属规则波导（续）4.同轴线：主模的特性、设计原则5.激励与耦合的主要方法和举例6.损耗问题：导体损耗（微扰思想）、介质损耗和消失波衰减第四章微波集成传输线1.增量电感法：基本思想和物理解释、解题方法2.对称耦合传输线的奇偶模分析：对称耦合传输线的奇偶模分解（场特性）奇偶模分析的主要特点奇偶模分析的主要结果（偶模阻抗、奇模阻抗、K等参数的关系）第五章介质波导1.介质波导的工作原理：H平面波和E平面波以及独立方程组；两种平面波的反射系数；全反射、全折射的形成条件及其证明；两种基本波型（表面波和辐射模）。
2.圆形介质波导：主要工作模式和主模、截止条件和含义相速度特性第五章介质波导（续）3.平板介质波导：TE和TM的色散方程、基本模式的对称场分布、路的求解方法4.矩形介质波导：EDC方法与马氏方法的主要区别EDC方法的求解（分区、拉伸方向、电场与介质交界面的关系、波阻抗、横向谐振条件、有效介电常数等）第六章微波谐振器1.微波谐振器的基本特性：三个特性；基本参数（谐振波长和品质因数，p值的选取范围）2.金属波导谐振器：矩形谐振腔（波动方程和边界条件、纵向场法公式、下标的含义和范围、主模等）圆形谐振腔（下标的含义和范围、主模、模式图、虚假模式及其定义等）第六章微波谐振器（续）3.传输线谐振腔：横向谐振条件4.非传输线谐振腔（一般）5.谐振腔的微扰理论：基本公式介质微扰（重点是有损情况）腔壁微扰（谐振频率与储能变化的关系）第七章微波网络基础1.微波网络与低频网络的主要不同2.网络阻抗和反射系数与损耗、储能的关系3.[Z]和[Y]的定义、元素含义和主要性质4.[S]的定义、元素含义和主要性质5.[A]和[T]的定义、元素含义和主要性质。
廖承恩《微波技术基础》习题解答(最全的版本)
（2） （3）
（4）
sc oc 当 Z in (d ) = j100Ω ， Z in (d ) = − j 25Ω ， Z in (d ) = 75∠30°Ω 时
1562 . 5 +1875 × 75 ×
3 + 62 . 5 j 2
sc oc 2－6 在长度为 d 的无耗线上测得 Z in (d ) = j50Ω ， Z in (d ) = − j 50Ω ，接 实
第二三四六七章习题解答 第二章习题解答
2－1 某双导线的直径为 2mm，间距为 10cm，周围介质为空气，求 其特性阻抗。某同轴线的外导体内直径为 23mm，内导体外直径为 10mm， ，求其特性阻抗；若在内外导体之间填充εr 为 2.25 的 介 质 ， 求其特性阻抗。
解：双导线：因为直径为 d＝2mm＝2×10－3m 间距为 D＝10cm＝10－1m 所以特性阻抗为
ZL = Z0
2 — 12 画出图 2— 1 所示电路沿线电压、电流和阻抗的振幅分布图，
所以 ΓL =
Z L '− Z 02 450 − 450 = =0 Z L '+ Z 02 450 + 450
廖承恩《微波技术基础》习题解答(最全的版本)
V ( z ) = V0+ [e − jβ z + Γ(d )e jβ z ] = V0+ e − jβ z
I ( z ) = I 0+ [e − j β z − Γ (d )e jβ z ] = I 0+ e − jβ z =
又因为行波状态下，沿线的阻抗为 Z in ( z ) = Z 0 所以在 AA’处的输入端电压为 Vin = 900
网
2 × 10 −1 = 552.6Ω 2 × 10 −3
co m
解法二：在空气中υ p 所以 Z 0 =
= 3 ×108
1 1 = = 55.6Ω 8 υ p C1 3 × 10 × 60 × 10 −12
L1 =
Z0 55.6 = = 1.85 × 10 − 7 H 8 υ p 3 × 10
2-4
课
Ω；其输入端电压为 600V、试画出沿线电压、电流和阻抗的振
kh da
Z L − Z0 =-1/3=1/3exp(jπ) ZL + Z0
后
2-10 长度为 3λ/4，特性阻抗为 600 Ω的双导线，端接负载阻抗 300
答 案
Z in (d ) = Z 0
Z L + jZ 0 tg ( βd ) = 38.24+j3.14 Z 0 + jZ L tg ( βd )
（2） （3）
（4）
sc oc 当 Z in (d ) = j100Ω ， Z in (d ) = − j 25Ω ， Z in (d ) = 75∠30°Ω 时
1562 . 5 +1875 × 75 ×
3 + 62 . 5 j 2
sc oc 2－6 在长度为 d 的无耗线上测得 Z in (d ) = j50Ω ， Z in (d ) = − j 50Ω ，接 实
微波技术基础课件—第11次课A——习题课共39页文档
微波技术基础课件—第11次课A——习
题课
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
微波技术基础—第11次课A——习题课 (2) ppt课件
s
EH
n dS
A B B A A B
1 2
V
E H dV
j B H E D* dV 1 E J dV
2V
2V
j2 Wm We PL
P 1
模为TE21模,截止波长=2.057a，比圆波导的第一高次模
TM01的截止波长=2.61a更短 ，即半圆波导主模的工作带 宽比圆波导主模增宽了。但是，半圆波导主模衰减略比 圆波导大，功率容量下降了一半。
ppt课件
35
椭圆波导
椭圆波导是横截面为椭圆形的金属柱面波
第一章习题课
ppt课件
1
1.1 若正向传输的导波场为 E (E0t E0z)e z 和 H (H 0t H 0z)e z ，证明反向传输的 导波场可取为
或
ppt课件
2
ppt课件
3
1.2 证明：导波场的横向磁场与 纵向电场、磁场的关系为：
j
Ht kc2 t H z kc2 t az Ez
E H n dS
2 s1 s2 s'
1
2
s1
Et
Ht
az dS
1 2
s2 Et Ht az dS
j2 Wm We
不难看出，该式的左端两项积分相等反号， Wm We 。
ppt课件
12
ppt课件
13
2
cTM
Rm 2ZTM
中，传播波的电能时均值与磁能时均值彼此相等。
这里以金属柱面波导为例来证明此特性。图1.4-1
示出了一段长为L的无耗金属柱面波导，S代表闭
微波术基础课程复习要点2008版
《微波技术基础》课程复习知识要点(2008版)第一章 “微波技术基础引论”知识要点本学期采用自编的精品课程教案。
本章内容是全书的核心，一方面强调了微波技术在现代科技领域里的各类应用，同时也给出了贯穿全书的主线，需要重点阅读。
在背景知识介绍方面虽然已经拓展了非常多，较为详细的给出了微波的工作波段、特点及其应用等传统内容，应用知识大体概括到2008年初。
但在科技迅猛发展的今天，新技术、新应用是非常难在一本书中完整描述的。
建议同学们采用关键词（Key Word ），利用通用搜索引擎，时刻关注微波、射频、微纳技术等最新发展动态，真正做到学以致用，拓展自己的知识面，特别是看看微波在现代无线和移动通信、射频电路设计（含RFID ）、卫星定位、宇航技术、遥感遥测等方面的应用，不要局限于本书的描述。
(Microwaves have widespread use inclassical communication technologies, from long-distance broadcasts to short-distance signals within a computer chip. Like all forms of light, microwaves, even those guided by the wires of an integrated circuit, consist of discrete photons ….. NATURE| Vol 449|20 September 2007)1在理论方面，本章的在导行波的分类的基础上推导了导行系统传播满足的基本方程，对传输体系做出了分类、分析了特点及应用（TE 、TM 、TEM ）和基本求解方法，给出了导行系统、导行波、导波场满足的方程；（Halmholtz Eq 、横纵关系）、本征值---纵向场法、非本征值---标量位函数法（TEM ）。
{要求重点了解概念、线条性思维，能够用掌握的背景知识回答实际问题，比如考虑一下如按如下的份类，RFID 涉及那些应用？全球定位系统GPS 呢？遥感如何？宇航技术设计那些微波应用？军事、民用又有哪些？提高微波工作频率的好处及实现方法？微波的工作窗口如何？}1．微波的定义 把波长从1米到1毫米范围内的电磁波称为微波。
微波技术基础-微波谐振器
回忆——传输线上的波传播
¾传输线上电压与电流的波动方程
d
2U ( dz 2
z)
−
γ
2U
(
z)
=
0
d
2I ( z) dz 2
−
γ
2I
(z)
=
0
d 2U (z) dz 2
=
−(R
+
jω L)
dI (z) dz
代入
dI (z) = −(G + jωC)U (z)
dz
γ = α + jβ = (R + jωL)(G + jωC) ——复传播常数
30
矩形波导谐振器
¾矩形波导谐振器的谐振波长与谐振频率
北京邮电大学——《微波技术基础》
2
概述
¾什么是微波谐振器？
微波谐振器又称微波谐振腔，是一种具有储能和选频特性的 微波谐振元件，一般是指一个由任意形状的导电壁所封闭的 体积，在其中能产生电磁振荡。
功能与应用——相当于低频电路中的LC谐振回路，是一种基 本微波元件。是微波振荡器和放大器的主要部分，也广泛应 用于微波信号源、滤波器、波长计、倍频器、选频器中。
L
⎛ ⎜ ⎝
ω ω0
−
ω0 ω
⎞ ⎟ ⎠
谐振腔在外电路中呈现的输入阻抗在窄
带内具有这样的特性，就可等效为串联谐
振回路。
⎧ ⎪
Pin
⎨ ⎪⎩
Z
in
= =
Ploss + 2 jω(Wm − We )
2Pin = Ploss + 2 jω(Wm
| I |2
| I |2 2
− We )
北京邮电大学——《微波技术基础》
微波技术基础课后答案 李秀萍版
Z 22 Z11 Z12 Z 21 (1 Z )( Z 1) Z 2 1 0 0 0 [S ] Z11 Z 22 Z12 Z 21 2Z12 (1 )(1 ) Z0 Z0 Z 02 Z0
将（1）式所得的阻抗矩阵 Z 导入即可。 （3）
Z11 Z 22 Z12 Z 21 (1 )( 1) Z0 Z0 Z 02 2Z12 Z0
解 2： d2 4.14
（1） 解 1： l1
解 2： l1
（2） 解 1： l1 解 2： l1 （3） 解 1： l1 解 2： l1 （4）
0.14 和 l2 0.07 0.25 和 l2 0.43 0.36 和 l2 0.41 0.14 和 l2 0.33
4.8
in
（1） （2） （3）
=r 7.33
Zin (5.4 j3.68) 100 (540 j368)
l 10 360 36
4.9 4.11
Z L (252 j105)
（1）
L
0.291e- j 30
2. 6
o
（2）
（3） Zin （4） Yl （5） Yin （6） Zl （7） Z l
Z0 100 j = =25.82 Y0 0.15 j
= Z 0Y0 -15=3.87 j
3.17
Z0 66.7
或 Z0
+
150
-
(1).V 0 10V , V 0 5 5 j V
3.18 （1）
V 5 2 1-j V ,V 5 2V 8 8 (2).V 0 15-5jV , V 5 2 2-j V 8
微波技术基础PPT课件第三部分 带线与微带Ch24介质格林函数(I)
.
26
.
27
波速的推導過程細節
• 由真空中的馬克士威電場與磁場偏微分關
係，可以得到以下二個偏微分方程：
2E x2
00
2E t2
和
2B x2
00
2B t2
• 這二個偏微分方程式，為典型的波動方程
式的形式，其中波速 v c 1 00
• 將 0 與 0 代入可得電磁波在真空中的波速
v = c = 2.99792 108 公尺/秒
.
18
羅倫玆力
• 如果知道空間同時有電場與磁場的存在， 那麼這二個場對一個帶有 q 電量的質點作 用的力為：
FqEqvB
這個力稱為羅倫玆力
.
19
24.3
電磁波
電磁波
• 在真空中， q = 0 且 I = 0 • 馬克士威預測仍然有電磁波的存在
電磁波是由振盪的電場與磁場所形成 二個時變的場相互感應，導致電磁波的向外傳
這新增的項目稱為位移電流
• 位移電流的定義為
Id
0
dE dt
.
7
位移電流
• 一個時變的電場可以將它視為另一種電流
例如，正在充電或放電的電容器二板間的空間
• 這種電流可視為導線中持續流動的傳導電 流
• 於是在安培定律的電流中，再加入位移電 流這一項
.
8
安培定律－一般表示法
• 安培定律的一般式，有時也稱作安培-馬克 士威定律，它的形式為：
馬克士威
• 生於1831-1879年 • 發展出光的電磁波理論 • 氣體動力論的建構者 • 解說人類能夠看到各種顏
色的反應機制 • 土星環構造的說明者 • 死於癌症
.
14
微波技术基础(目录大纲)
课程详情：微波技术基础（64讲）-西安电子科技大学梁昌洪等国家级精品课程“微波技术基础”简介“微波技术基础”课程在西安电子科技大学是早已闻名的精品课程。
60年代初在我校毕德显教授的有力指导和系统策划下，出现了蒋同泽的《长线》和吕海寰的《超高频技术》，这是全国最早的同类教材，对多所高校均有大的影响，只是当时军校的原因，没有正式出版。
文革结束后，廖承恩编写的《微波技术基础》一直是国内多所高校引用和执教的教材。
1988年梁昌洪的《计算微波》获全国优秀教材奖，同时实践的需要也希望把微波集成电路的进展，网络的统一思想，计算机的应用以及CAI的先进手段融入教学。
90年代后期根据上述思想，推出了《简明微波》作为教学改革和课程发展的一次有益尝试。
目前的“微波技术基础”是电子信息专业微波方向学生的骨干课程，其讲授的内容涵盖了微波技术所涉及的各个方面的基础知识，信息量大。
为该课程配套的电子工程学院实验中心微波实验室和国家电工电子基地条件优良，实验设备从传统微波实验的测量线到现代的网络分析仪一应俱全，并建设了微波技术虚拟实验室，学生可以在虚拟实验室中进行有效的工程实际经验的训练。
总的来说，西安电子科技大学的“微波技术基础”在长期教学实践和学科发展中，已经逐步形成了自身的特色。
总结起来主要有：（1）现代性在内容、方法讲述和实施等环节都要体现跟上时代的潮流。
在内容选择上紧密结合通信等学科的发展，引入微波集成电路，光纤、开腔等实践需求的领域和内容；在方法上复频率法，统一传输线理论，特性阻抗的微扰理论等等，都是梁昌洪教授和同事们在教学科研结合上的创新体会；讲述和实施的CAI和虚拟实验使教材的现代性有所增色。
（2）简明性本课程在简明扼要，通俗易懂上狠下功夫，使内容尽量集中于发展主线，脉络清晰，在教学上强调。
统一性传输线和波导的统一；圆波导和矩形波导的统一；网络理论对于微波技术基础的主线统一。
主题性在本课程执教过程中，大胆实施分讲制，每一讲都有一个主题，有一个“戏核”，每5－6讲为一个单元，每个单元都有一个脉络一个系统，整个课程有一条主线，即把网络方法和场论方法的有机结合。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第8章 常用微波元件
定向耦合器的技术参数
耦合度：
P 1 1 C 10 lg 10 lg P3 S13
2
20 lg
定向性：
P3 D 10 lg 20 lg dB P4 S14
第8章 常用微波元件
隔离度： 有：
P I 10 lg 1 20 lg S14 dB P4
第8章 常用微波元件
性质3：无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现 匹配。 证明：假定端口1和2为匹配端口，则其S矩阵可以写成
0 S S 21 S31
* S13 S23 0
S12 0 S32
S13 S 23 S33
因网络无耗，由幺正性得到
S12 S13 1
第8章 常用微波元件
b.对称Y分支 矩形波导对称Y分支结构及其等效电路图如图所示，分为 E面分支和H面分支；前者为串联分支，后者为并联分支。
E-Y分支
H-Y分支
第8章 常用微波元件
三种作为功率分配器的波导Y分支
分配给分支波导的功率与其高度成正比。因此，适当的 选择高度和就可以得到任意的功率分配比。
I D C dB
不同形式的定向耦合器 Bethe孔耦合器 Bethe孔耦合器是一种单孔耦合器。为获得定向性，该单 孔需开在两个矩形波导的公共宽壁上，如图所示
第8章 常用微波元件
工作原理：小孔可用电和磁偶极矩构成的等效源来代替， 调节两个等效源的相对振幅可以消除在隔离端口方向的 辐射，而增强在耦合端口方向的辐射，从而获得理想的 定向性。
E-T接头
H-T接头
第8章 常用微波元件
E-T特性分析
a
左图说明： 信号从1臂输入时，主波导2、3臂中距1臂等距离的T2、T3 处为等幅反向输出。 当T2、T3处有等幅反相信号输入时，则二者在1臂内同向叠 加输出。
a
第8章 常用微波元件
右图说明： 当在2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在1臂 中反向抵消而不能从1臂输出，只能在2、3臂中形成驻波。 H-T特性分析: ③
任意三端口网络的散射矩阵为
S11 S S 21 S 31 S12 S 21 S 32 S13 S 23 S 33
若元件是互易的，有
S ij S ji i j
性质1：无耗互易三端口网络不可能完全匹配，即三个 端口不可能同时都匹配。
第8章 常用微波元件
第8章 常用微波元件
180°混合电桥
③
①
该图为混合环 1.5lTEM线（带状线或微带 线）并联连接而成。 信号由端口①输入时，端口 ④ ② ②和③等幅同相输出，端口 ④无输出； 信号由端口④输入时，端口 ②和③等幅反相输出，端口 ①无输出。 当用作功率合成器时，信号同时加于端口②和③，则端口 ①输出和信号，端口④输出差信号。
第8章 常用微波元件
性质2：任意完全匹配的无耗三端口网络必定非互易， 且为环行器，其正、反旋环行器的散射矩阵为
0 1 0 0 0 1 ST 1 0 0
和
0 0 1 1 0 0 SR 0 1 0
证明：一个匹配的三端口网络的S矩阵可表示为
0 S S 21 S31 S12 0 S32 S13 S 23 0
若网络无耗，则其S矩阵为幺正矩阵，即有
第8章 常用微波元件
* S31 S32 0 * S21 S23 0
* S12 S13 0
S12 S13 1
2
2
S 21 S 23 1
0 0 1 0 1 1 0 1
第8章 常用微波元件
魔T的重要特性： 1）四个端口完全匹配 2）臂④和臂①相互隔离，两侧臂②和③相互隔离； 3）进入一侧臂的信号，由臂④和臂①等分输出，而另 一侧臂无输出； 4）进入H臂④的信号，由两侧臂等幅同相输出，而E臂 ①无输出； 5）进入E臂①的信号，由两侧臂等幅反相输出，而H臂 ④无输出； 6）两侧臂②和③同时输入信号，E臂输出的信号等于 1 两输信号相量差的 倍；H臂输出的信号等于两输信 2 1 号相量和的 2 倍。
第8章 常用微波元件
Lange耦合器
要求紧耦合（耦合度大于-6dB）时使用；
第8章 常用微波元件
正交混合电桥
分支线耦合器的特性是：当所有端口匹配时，由端口① 输入的功率在端口②和③之间平分且有90°相位差，端 口④无输出（隔离端口）。其S矩阵为
0 j 1 0 1 j 0 0 1 S 2 1 0 0 j 0 1 j 0
第8章 常用微波元件
三端口功率分配/合成元件
T形接头
对于无耗形接头，可用传输线型来表示：
1 1 1 Yin jB Z 01 Z 02 Z 0
可以选择输出线的特性阻抗和来获得不同的功率分配 比。
第8章 常用微波元件
a.矩形波导T形接头 矩形波导工作在主模工作TE10，分E-T和H-T接头：
P3 K 为功率分配比 P2
2
第8章 常用微波元件
8.4 四端口元件
四端口[S]参数性质 性质1:无耗互易四端口网络可以完全匹配，而为一理 想定向耦合器。 性质2:有理想定向性的无耗互易四端口网络不一定四 个端口均匹配，即是说四个端口匹配是定向耦合的充 分条件，而不是必要条件。 性质3:有二个端口匹配且相互隔离的无耗互易四端口 电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个端口亦匹 配并相互隔离。
第8章 常用微波元件 微波技术基础
徐锐敏 教授
电子科技大学电子工程学院 地点：清水河校区科研楼C309 电话：61830173 电邮：rmxu@
第8章 常用微波元件
8.3 三端口元件
在微波技术中常用作分路元件或功率分配器/合成器：
无耦三端口网络的基本性质
第8章 常用微波元件
第8章 常用微波元件
c.电阻性功率分配器
假如三端口分配器含有有耗元件，便可以做到所有端口 匹配，而二个输出端口则不可能隔离。 威尔金森功率分配器
第8章 常用微波元件
设计公式Z 0ຫໍສະໝຸດ Z 021 K 2 K3
2
Z 02 K Z 03 Z 0 K 1 K 1 R Z0 K K
第8章 常用微波元件
波导多孔定向耦合器 单孔耦合器的缺点是频带窄。宽频带应用时可采用多 孔耦合器。 以双孔耦合器为例说明工作原理
设波导由端口①输入，大部分波向端口②传输，一部分波 通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距/4，结果在端 口③方向的波相位同向而增强，在端口④方向则因相位反 向而相互抵消。
2
2
S S S S 0
* 12 13 * 23 33
S12 S 23 1
S13 S23 S33 1
2 2 2
2
2
S S S S 0
* 23 12 * 33 13
第8章 常用微波元件
上式表明 S13 S23 ， S12 S23 0 ， S12 S33 1
第8章 常用微波元件
耦合线定向耦合器
其特性是:由端口①输入的信号一部分传至端口②，一部 分耦合至副线由端口③输出，端口④无输出。 对耦合微带线或其它非TEM线，奇，偶模速度不相同，耦 合器的定向性就要变差。为改变性能，需要采取相应的速 度补偿措施，如加介质覆盖层，采用各向异性基片，耦合 段做成锯齿形等。
b
②
④
b
第8章 常用微波元件
左图说明： 如上图当信号从分支4臂输入时， 2、3臂的T2、T3处信 号等幅同相输出； 2、3臂的T2、T3处输入等幅同相信号时，二者在4臂同相 叠加输出。 右图说明： 当2、3臂的T2、T3处输入等幅反相信号时，二者在4臂反 相抵消，4臂无输出。
总结：
E-T特性：主臂①输入支臂②臂、 ③臂等幅反相输出； H-T特性：主臂④输入支臂②臂、 ③臂等幅同相输出。
S31 S32 1
2 2
2
2
在如下两种情况下这些方程式满足 1. S12 S23 S13 0, S21 S32 S13 1 2. S21 S32 S13 0, S12 S23 S31 1 结果表明 Sij S ji (i j ) 。这意味着此器件必定是非互易的。 情况1： 情况2： 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 S S S SR R 0 1 0 1 0 0
证明：假如所有端口均匹配，则 Sii 0(i 1, 2,3) ，则有
0 S S 21 S31 S12 0 S32 S13 S 23 0
若网络也是无耗的，由散射矩阵可得如下条件： 2 2 * S12 S13 1 S13 S 23 0 2 2 * S12 S 23 1 振幅关系 S 23 S12 0 相位关系 2 2 * S13 S 23 1 S S 0 12 13 可见：三个参数 S12 , S 23 , S13 中至少有两个必须为零，但又 不能成立，这说明一个三端口网络不可能做到无耗、互易 和完全匹配。
第8章 常用微波元件
波导匹配魔T
② ③ ④ ①
①臂—E臂 ④臂—H臂
②和③—侧臂
将一个E-T接头和一个H-T接头（波导 尺寸相同）组成在一起形成波导双 T。 波导双T和波导单T一样，基本身是不 匹配的。在臂④和臂①加入一些匹配 元件（螺钉、膜片或锥体），可以使 臂④和臂①同时达到匹配
0 1 1 0 1 S 2 1 0 0 1