微波元件

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8.3
•பைடு நூலகம்
分支元件
将一路微波信号分成两路或多路的元件称 为分支元件。
1、矩形波导的T形接头 E-T接头（E面分支）
结构： 分支在主波导的宽边 上，且与TE10波的 E y 分量平行，故称E面分支，也称 E—T接头(分支)，如图所示。
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定性分析其工作特性：（用电力线描述） 令主波导的两臂1、2，以分支臂4为几何对称面。
+ + + + + - - - - -
+ -
b.
矩形波导内的电磁场分布是变化的,即电磁场是沿纵 向传播的,在其后某一个时刻,上、下膜片上流过的电流 方向将与刚才分析的方向相反，则上膜片带负电，下 膜片带正电，相当于膜片放电。 如此周而复始，两膜片间的电场则周期性地变化， 其间有电场能的储存与释放。
2
3
2) 膜片的作用：
a. 磁场结构，如图所示：相对而言，有金属膜片 的横截面上，其磁力线的密度将增大，因磁力 线是闭合曲线。 b. 其作用相当于在膜片之间集中了磁场。
3)
等效电路：
电感
P ~ 2 a B cot a 2a
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（8.1.2）
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3、谐振窗：
等 效 电 路 图8.7
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同轴线尺寸变换器
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2、阶梯阻抗变换器
单节突变
结构
多节突变
多节渐变 等效电路
频带窄
图8.8
同轴线阻抗变换器
频带宽
可以做到在一定带宽内，使反射系数 比较小，基本达到匹配的目的。
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3、同轴—波导转接器
信号从同轴线向矩 形波导传输
信号从矩形波导向 同轴线传输
8.1 波导中的电抗元件（波导型） 1. 电容膜片——矩形波导窄边变窄
1）结构: 如图所示。
立体图
横截面图
等效电路图
图8.1 矩形波导中的电容膜片及等效电路
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2) 膜片的作用:
a. 波导上、下宽壁面的壁面电流 分布形状相同,方向相反.假定如图 所示.则上膜片的电流流进膜片,下 膜片的电流从膜片流出,而上下膜 片之间因有介质,电流通路被截断, 此时相当于对该膜片充电,上膜 片带正电,下膜片带负电.
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5 调谐螺钉:
• 单螺钉
1) 等效电纳与插 入深度有关。
l＜

4
l

4
l
＞

4
2) 实际上，螺钉插入深度都较浅——考虑损耗及击 穿，故调谐螺钉引入的都是容性电纳。容性电纳 的大小与螺钉直径、插入深度、插入位置都有关。
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• 在波导宽面上旋入二个或三个螺钉， 就构成双螺或三螺匹配器。
1) 结构：
2) 等效电路：
1 3) 特性： 具有谐振特性—— f 2 LC
当信号频率等于谐振频率时， 信号可无反射地通过——匹配状态。
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综合电容性、电感性膜片，将谐振窗看成是 电容性、电感性膜片的组合，则其等效电路 可近似为LC并联回路。
图8.3 谐振窗及等效电路
当谐振窗处于失谐状态时：若工作频率小于谐 振频率，并联回路呈感性；若工作频率大于谐 振频率，并联回路呈容性。无论是哪种情况， 都会多波导中传输的波产生较大的反射。
d 2 d1 d
匹配原理相当于传输理论中的双跨线或 三跨线匹配器。
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8.2 连接元件
连接元件包含接头和转接元件。将相同传输线连接在 一起的微波元件统称为接头。常用的接头有波导接头 和同轴接头。将不同传输线连接在一起的微波元件称 为转接元件。
8.2 .1 波导接头（法兰）
有平接头与抗流接头两种
优点：体积小、频带宽。 缺点：机械加工要求高。
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波导平接头
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波导抗流接头
平法兰盘
抗流法兰盘 短路
接触电阻 开路
0 0
短路
优点：电气性能上接触良好。 缺点：频带窄、制作困难。
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4
4
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• 抗流式接头的工作原理：
c d a b
公式法：
Zin jZ0 tan l
TE10 模
同轴线外导体与 波导宽壁连在一 起，内导体插入 矩形波导中。
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探针 为了使同轴线与矩形波导相匹配，需要 调节同轴线内导体的插入深度 h 、偏心 距 d 与短路活塞位置 l 。
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4、同轴—微带转换器 将同轴的内导体向外延伸一小段，与微带线的中心导带搭 接；将同轴线的外导体与微带线的接地板相连，就构成了 同轴—微带转换器。
c.
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3) 金属膜片的等效电路：
容性膜片等效为一跨接于双线上的电容。
对称性膜片的归一化电纳为
~ 4b b B ln csc （8.1.1） p 2b
3
2、电感膜片：——宽边变窄
1) 结构：
立体图
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横向图
等效电路
图8.2 矩形波导中的电感膜片及等效电路
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充气 雷达天线收发开关
功率较大 时
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4、销钉
1）结构如下：矩形波导中一根或多根垂直对穿波导宽壁的金 属圆棒，称为电感销钉。
图8.4
销钉
电流越小
2）销钉上有电流通过，故在销钉周围产生磁场，使销钉呈感 性电抗。销钉的直径越大，感抗越小；直径越大，感抗越大。 所以，（b）图的感抗比（a）图的感抗小。
a) 当TE10波从4口输入时，1与2口将有等幅反相的输出。
4 24
2
b) 当TE10波从1、2口等幅反相输入时，4口有输出。 c) 当TE10波从1、2口等幅同相输入时，4口无输出。
Z in
也可用圆图法求输入阻抗。如图所示。
a、b之间相当于
0
2
长的短路线， a、b之间的输入
电阻等于零。即a、b之间在机械上并不接触，但 在电气性上却保证了良好的接触。
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2 l
l l

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8.2.2
转接元件
1、传输线尺寸变换器 特性阻抗相同，但尺寸不同的二个同轴线之间的连接即 属于传输线变换器。 突变型 渐变型
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4) 谐振窗实用举例：
工作原理：
1
2
接收机
P入 1、2分别为两个谐振窗。P 出
其间进行充气处理——所充气 体容易电离。当雷达发射的功 率到达谐振窗1时，气体电离使 谐振窗成为一短路面，波将被 反射而不进入接收机，但当工 作于接收状态时，因功率小， 不足以使气体电离，接收的信 号将无反射地穿过谐振窗口而 传送到接收机。