第八章 常用微波元件
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确定后，网络的所有散射参数就被完全确定。
Anhui University
二、连接元件： 连接元件是将不同的微波元件连接成系统，连接元件的主要指标要求：接
触损耗小、驻波比小、功率容量大、工作频带宽。在微波技术中，把相同类型传 输线连接在一起的装置统称为接头。常用的接头有同轴接头和波导接头两种。
1. 接头 对接头的基本要求是：连接点接触可靠，不引起电磁的反射，输入驻波比
S11 2 S12 2 1 S12 2 S22 2 1 S11S12 S12S22 0
S11 S22 S12 1 S11 2
2arg S12 (arg S11 arg S22)
Anhui University
S11 S22 , S12 1 S11 2
2arg S12 (arg S11 arg S22)
S11 S22
1.若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配，且当网络完 全匹配时，则必然是完全传输；
S12 1 S11 2 2. 当网络完全匹配时，则必然传输；反之成立;
2arg S12 (arg S11 arg S22 ) 3. S11,S12,S22的相角只有两个是独立的。
证明互易无耗二端口网络的 S11ຫໍສະໝຸດ Baidu,11,22
当Z01 Z02，Zin (ab) 0
优点：损耗小，且损耗稳定； 缺点：结构太长。
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为了减小长度，可采用山字形和S形扼流式活 塞，右图为山字形波导和同轴活塞。下图为S同轴 活塞。
其工作原理如下： cf段相当于四分之一波长终端短路的传输线， bc段相当于四分之一波长终端开路的传输线， 两段传输线之间串有接触电阻Rk； 可以证明ab面上的输入阻抗为零，等效为短路 。
a. 容性膜片
在矩形波导的横向放置一块金属膜片，在其上对称或不对称之处开一个与波 导宽壁尺寸相同的窄长窗口。
电容膜片及其等效电路
电纳的近似计算公式为
B
4b
p
Y0
ln
csc
πd 2b
优点：结构简单；
缺点：接触不恒定、磨损、容易打火。
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2.扼流式活塞：
有效短路面不在活塞与传输线内壁 直接接触，而是向左移动半波导波长。 由等效电路可得ab处的输入阻抗为：
Zin (cd )
Z022 Rk
Zin (ab)
Z021 Zin (cd )
Rk
(
Z01 Z02
)2
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第八章 常用微波元件
任何一个微波系统都是由许多作用不同的微波无源元件和有源电路组成。微 波元件的功能在于对微波信号进行各种变换。
按导行系统结构分：波导型、同轴型、微带型；
按工作波型分：单模元件、多模元件；
按作用分：连接元件、终端元件、匹配元件、滤波元件等；
按端口数分：分为一、二、三、四端口元件等 。
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8.2 二端口元件
大多数微波元件为二端口元件，本节首先介绍互易无耗二端口网络的基本 性质，然后介绍一些常用的二端口元件。
一、互易无耗两端口网络的性质
对于二端口元件等效为二端口网络
S
S1 1 S 2 1
S12
S
22
互易网络，散射矩阵具有对称性 S12 S21
无耗的网络，散射矩阵具有幺正性 [S]t[S] [U ]
l (2n 1)g 4
b. 波导扭转：为了减小反射，波导扭转的长度应为
l (2n 1)g 4
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c. 波导E面弯曲：其曲率半径应满足： R 1.5b
d. 波导H面弯曲：其曲率半径应满足： R 1.5a
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3. 匹配元件：
匹配元件的目的通过调谐电感或者电容达到匹配目的，因此匹配元件又称为 电抗元件，主要有膜片、稍钉和螺钉匹配器。
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二、匹配负载
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的一端口元件。当需要的传输系统工作于 行波状态时，都要用到匹配负载。 根据吸收功率的大小可分为低功率匹配负载和高功率 匹配负载，在微波测量中常用作匹配标准。 1. 小功率
对于小功率匹配负载，一般在一段终端短路的波导或同轴线内放置一块或几块劈形 吸收片，当吸收片平行地放置在波导中电场最强处, 在电场作用下吸收片强烈吸收微波能 量,使其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越好, 匹配性能越好, 劈尖长度一般取二分之 一波导波长的整数倍。
对短路活塞的主要要求是： 1. 接触处的损耗小，反射系数的模接近于1； 2. 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； 3. 大功率应用时，避免活塞与波导壁之间发生打火现象
在结构上短路活塞可分为接触式短路活塞和扼流式短路活塞两种。
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1. 接触式活塞：
接触式短路活塞通常由弹簧片组成，其 长度约为四分之一波导波长，目的使接触点 位于电流的波节点处，这样功率损耗小。
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2. 大功率
当功率较大时，必须考虑热量的发散和吸收问题,吸收物质可以是固体也可以 是液体
加装散热片以利于散热
三、失配负载
流动的水将热量带走
失配负载是既吸收一部分功率又反射一部分功率的负载，失配负载和匹配负
载的制作相似, 只是尺寸略微改变了一下, 使之和原传输系统失配。比如波导失配负载， 就是将匹配负载的波导窄边b制作成与标准波导窄边b0不一样, 使之有一定的反射。
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8.1 一端口元件
常用一端口微波元件主要有短路负载、匹配负载和失配负载。
一、短路负载：
短路负载又称为短路器，其作用是将电磁波能量全部反射回去。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。
在实际微波系统中往往需要改变终端短路面的位置, 即需要一种可移动的短 路面, 这就是可调短路活塞。可调短路活塞是一种标准的电抗元件：
尽可能小，一般在1.2以下；工作频带要宽；电磁能量无泄漏；结构牢固，装拆 方便，易于加工等。可分为平接头和扼流接头。
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2. 拐角、弯曲和扭转元件：
在微波系统中，为了改变电磁波的传输方向，需要用到拐角和弯曲元件，为了改变 电磁波的极化方向，需要用到扭转元件。
a. 波导拐角：为了减小反射，拐角的长度应为
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二、连接元件： 连接元件是将不同的微波元件连接成系统，连接元件的主要指标要求：接
触损耗小、驻波比小、功率容量大、工作频带宽。在微波技术中，把相同类型传 输线连接在一起的装置统称为接头。常用的接头有同轴接头和波导接头两种。
1. 接头 对接头的基本要求是：连接点接触可靠，不引起电磁的反射，输入驻波比
S11 2 S12 2 1 S12 2 S22 2 1 S11S12 S12S22 0
S11 S22 S12 1 S11 2
2arg S12 (arg S11 arg S22)
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S11 S22 , S12 1 S11 2
2arg S12 (arg S11 arg S22)
S11 S22
1.若一个端口匹配，则另一个端口自动匹配，且当网络完 全匹配时，则必然是完全传输；
S12 1 S11 2 2. 当网络完全匹配时，则必然传输；反之成立;
2arg S12 (arg S11 arg S22 ) 3. S11,S12,S22的相角只有两个是独立的。
证明互易无耗二端口网络的 S11ຫໍສະໝຸດ Baidu,11,22
当Z01 Z02，Zin (ab) 0
优点：损耗小，且损耗稳定； 缺点：结构太长。
Anhui University
为了减小长度，可采用山字形和S形扼流式活 塞，右图为山字形波导和同轴活塞。下图为S同轴 活塞。
其工作原理如下： cf段相当于四分之一波长终端短路的传输线， bc段相当于四分之一波长终端开路的传输线， 两段传输线之间串有接触电阻Rk； 可以证明ab面上的输入阻抗为零，等效为短路 。
a. 容性膜片
在矩形波导的横向放置一块金属膜片，在其上对称或不对称之处开一个与波 导宽壁尺寸相同的窄长窗口。
电容膜片及其等效电路
电纳的近似计算公式为
B
4b
p
Y0
ln
csc
πd 2b
优点：结构简单；
缺点：接触不恒定、磨损、容易打火。
Anhui University
2.扼流式活塞：
有效短路面不在活塞与传输线内壁 直接接触，而是向左移动半波导波长。 由等效电路可得ab处的输入阻抗为：
Zin (cd )
Z022 Rk
Zin (ab)
Z021 Zin (cd )
Rk
(
Z01 Z02
)2
Anhui University
第八章 常用微波元件
任何一个微波系统都是由许多作用不同的微波无源元件和有源电路组成。微 波元件的功能在于对微波信号进行各种变换。
按导行系统结构分：波导型、同轴型、微带型；
按工作波型分：单模元件、多模元件；
按作用分：连接元件、终端元件、匹配元件、滤波元件等；
按端口数分：分为一、二、三、四端口元件等 。
Anhui University
8.2 二端口元件
大多数微波元件为二端口元件，本节首先介绍互易无耗二端口网络的基本 性质，然后介绍一些常用的二端口元件。
一、互易无耗两端口网络的性质
对于二端口元件等效为二端口网络
S
S1 1 S 2 1
S12
S
22
互易网络，散射矩阵具有对称性 S12 S21
无耗的网络，散射矩阵具有幺正性 [S]t[S] [U ]
l (2n 1)g 4
b. 波导扭转：为了减小反射，波导扭转的长度应为
l (2n 1)g 4
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c. 波导E面弯曲：其曲率半径应满足： R 1.5b
d. 波导H面弯曲：其曲率半径应满足： R 1.5a
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3. 匹配元件：
匹配元件的目的通过调谐电感或者电容达到匹配目的，因此匹配元件又称为 电抗元件，主要有膜片、稍钉和螺钉匹配器。
Anhui University
二、匹配负载
匹配负载是一种几乎能全部吸收输入功率的一端口元件。当需要的传输系统工作于 行波状态时，都要用到匹配负载。 根据吸收功率的大小可分为低功率匹配负载和高功率 匹配负载，在微波测量中常用作匹配标准。 1. 小功率
对于小功率匹配负载，一般在一段终端短路的波导或同轴线内放置一块或几块劈形 吸收片，当吸收片平行地放置在波导中电场最强处, 在电场作用下吸收片强烈吸收微波能 量,使其反射变小，劈尖的长度越长吸收效果越好, 匹配性能越好, 劈尖长度一般取二分之 一波导波长的整数倍。
对短路活塞的主要要求是： 1. 接触处的损耗小，反射系数的模接近于1； 2. 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； 3. 大功率应用时，避免活塞与波导壁之间发生打火现象
在结构上短路活塞可分为接触式短路活塞和扼流式短路活塞两种。
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1. 接触式活塞：
接触式短路活塞通常由弹簧片组成，其 长度约为四分之一波导波长，目的使接触点 位于电流的波节点处，这样功率损耗小。
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2. 大功率
当功率较大时，必须考虑热量的发散和吸收问题,吸收物质可以是固体也可以 是液体
加装散热片以利于散热
三、失配负载
流动的水将热量带走
失配负载是既吸收一部分功率又反射一部分功率的负载，失配负载和匹配负
载的制作相似, 只是尺寸略微改变了一下, 使之和原传输系统失配。比如波导失配负载， 就是将匹配负载的波导窄边b制作成与标准波导窄边b0不一样, 使之有一定的反射。
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8.1 一端口元件
常用一端口微波元件主要有短路负载、匹配负载和失配负载。
一、短路负载：
短路负载又称为短路器，其作用是将电磁波能量全部反射回去。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。
在实际微波系统中往往需要改变终端短路面的位置, 即需要一种可移动的短 路面, 这就是可调短路活塞。可调短路活塞是一种标准的电抗元件：
尽可能小，一般在1.2以下；工作频带要宽；电磁能量无泄漏；结构牢固，装拆 方便，易于加工等。可分为平接头和扼流接头。
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2. 拐角、弯曲和扭转元件：
在微波系统中，为了改变电磁波的传输方向，需要用到拐角和弯曲元件，为了改变 电磁波的极化方向，需要用到扭转元件。
a. 波导拐角：为了减小反射，拐角的长度应为