微波技术-第6章常用微波元件.

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常用微波元件

常用微波元件关键词：微波元件、隔离器、环行器引言：微波元件的功能在于微波信号进行各种变换，按其变换性质可将微波元件分为以下三类：一：线性互易元件凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属于这一类。

常用的线性互易元件包括：匹配负载、衰减器、移相器、短路活塞、功分器、微波电桥、定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。

衰减器作为线性互易元件，其频率范围可以从0至26.5GHz, 功率高达2000W。

被应用于民用，军事，航天，空间技术等。

高标准的达到“两高一低”，高功率，高隔离度，低插损。

其频率的范围，主要由客户的需求，从而去定制频率。

以下简单介绍50W功率的同轴衰减器，此衰减值可达到60Db, 频率可为8GHz, 12.4GHz, 18GHz，N型接头。

正面背面侧面二：线性非易元件这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒介，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。

常用的线性非互易性元件有隔离度、环形器等。

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，变频器以及电磁快控元件等。

微波元件分类：近年来，为了实现微波系统的小型化，开始采用由微带和集中参数元件组成的微波集成电路，可以在一块基片上做出大量的元件，组成复杂的微波系统，完成各种不同功能。

简要的介绍波导型，同轴型，微带型的产品。

波导隔离器频率范围主要为：2.4-110GHz （具体的频段由客户定制）于衰减器的使用范围类同，主要使用在民用，军事，航天，空间技术等。

同样具备“低插损，高隔离度，高功率”的特性。

优译波导隔离器同轴：A ：低频率12MHz 至 1875MHz, 含FM, VHF, UHF 等。

B ：700MHz 至26.5GHz, 含GSM, CDMA, WCDMA, LTE, L.S.C.X 波段等。

优译同轴隔离器微带（基片）：其频率主要为：1.9 – 27.5GHz分为1-3W的反射功率和3 -10W 的反射功率，其连接形式是Microstrip.产品实图为：优译微带隔离器以上均为常用微波元件的简要介绍。

微波

( x 2 ' x 2 ' ' )
1 2
( x1 ' x1 ' ' )
1 2
g
g ( x 2 ' x 2 ' ' ) ( x 1 ' x 1 ' ' )
二.功率的测量
微波功率测量方法：(1)相对功率测量；(2) 绝对功率测量。在小功率情况下，当检波电流不超过5~10微安时，检波晶体管可定为平方律检波，即检流计测得的检波电流与微波功率P成正比。
基本元件
衰减器
把一片能吸收微波能量的介质片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小，使输入电磁波得到不同程度的衰减
基本元件
晶体检波器
检波晶体将微波信号转换成直流信号来检测。从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微波的波腹点，以获得最高的检波效率。通常还配有三个调节螺丝，用来改变检波器同波导的匹配。
XF-1C选频放大器为实验室用测量仪器，本仪器用于测量微弱低频信号，配合微波测量线测量驻波系数，配合微波检波器进行衰减测量等。信号经升压、放大，选出1KHz 附近的信号，经整流平滑后由输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。
基本元件
可调矩形反射腔
样品腔采用可调矩形反射腔。与反射式谐振腔不同的是，可调矩形反射腔的末端是可移动的活塞，调节其位置，可以改变谐振腔的长度，腔长可以从带游标的刻度连杆读出。为了保证样品处于微波磁场最强处，在谐振腔宽边正中央开了一条窄槽，通过机械传动装置可以使样品处于谐振腔中的任何位置。样品在谐振腔中的位置可以从窄边上的刻度直接读出。谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍。

常见微波元件PPT课件

• 尖劈形吸收体——小功率 • 楔形吸收体——大功率
中功率负载
大功率风冷匹配负载
3 2
4
波导型定向耦合器，其
1
4端口配置了一个小功率匹配负载。
4
1
微带线型耦合器，其 4端口配置了一个50 欧姆的匹配负载。
• 短路负载 • 作用：将电磁能量全部反射回去 • 基本要求：保证接触处||=1；当活塞移动时，接触损耗变化小；大功率时，活塞与波导壁间不应产生打火现象。 • 种类：
隔离口④：一路经lg/4、另一路经3lg/4（等幅反相）在④口输出，④无输出。
由端口①输入的功率：
端口①匹配无反射；
S11 0
直通臂②输出功率为一半，相位滞后 /2；
耦合臂③输出功率为一半，相位滞后；
隔离口④无输出。
S41 0
分支耦合线具有结构对称性，其任一
端口都可作输入端口，两输出端口总
是在与输入端口相反的一边。
• 同轴线微带转换器
① 工作原理：同轴线中心导体电流在微带线上激励场
② 注意：与微带连接处的同轴线内导体的直径的选取与微带线的特性阻抗有关，通常使内导体直径等于微带线宽度。
• 波导微带转换器
作用：将TE10 波转换为TEM 工作原理：在波导与微带线之间加一段脊波导过渡段，使微带线与波
3 1
E-T的S矩阵为：
2
1
1
1
2
2
2
S
1
1
1
2
2
2
1
1
0
2
2
H-T分支
1. 当信号由③口入时，①和②口都有等幅同相输出
2. 当信号由1和2端口等幅同相输入时，3端口输出最大

微波技术基础微波元器件第六章

上式取模为

1
2 2 Z Z 0 L 1 sec ZL Z0 12
在中微波技术》
ZL Z0 2 Z0 ZL
cos
6-2 变换元件---阻抗变换器
当 = 0时，此时反射系数的模达到最大值，可以画出随变化的曲线，如图所示。随 (或频率)作周期变化，周期为。如果设 Γ m 为反射系数模的最大容许值，则由/4阻抗变换器提供的工作带宽对应于图中限定的频率范围。由于当偏离时曲线急速下降，所以工作带宽是很窄的。
《微波技术》
6-2 变换元件---阻抗变换器
当 m时
m arccos
2 1
m 2 m
Z0 ZL
Z L Z0
通常用分数带宽Wq表示频带宽度，Wq与 m有如下关系
f 2 f1 2 1 π m m 4 Wq 2 m f0 0 π2 π
当已知ZL 和Z0，且给定频带内容许的 m 时，则由式可计算出相对带宽Wq值；反之，若给定Wq值，也可求出变换器的 m，计算中 m取小于/2的值。
对于单一频率或窄频带的阻抗匹配来说，一般单节变换器提供的带宽能够满足要求。但如果要求在宽频带内实现阻抗匹配，那就必须采用下面要讨论的多节阶梯阻抗变换器或渐变线阻抗变换器。《微波技术》
当Γ0, Γ1, … 等值给定时, 上式右端为余弦函数cosθ的多项式, 满足|Γ|=0的cosθ 有很多解, 亦即有许多λg使|Γ|=0。这就是说，在许多工作频率上都能实现阻抗匹配, 从而拓宽了频带。显然, 阶梯级数越多, 频带越宽。
6-2 变换元件---阻抗变换器
三、渐变线阻抗变换器所谓渐变线，是指其特性阻抗按一定规律平滑地由一条传输线的特性阻抗过渡到另一条传输线的特性阻抗。只要增加/4阶梯阻抗变换器的节数，就能增宽工作频带。然而，节数的增加，导致变换器的总长度也随之增加。如果选用渐变线，则既可增宽频带又不致使变换器尺寸过大。渐变线可以看作是由阶梯数目无限增多而每个阶梯段长度无限缩短的阶梯变换器演变而来，如图所示。渐变线输入端总的反射系数in为

第六章-常用微波元件2PPT课件

.
4
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。
.
5
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；
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
10
• 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
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。
.
9
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。
(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；

微波元件

(4)当TE-10模信号从①和②端口同相输入时,则③端口输出最小;
(5)当TE-10模信号从①和②端口反相输入时,则③ 端口有输出;当信号从①和②端口等幅反相输入时,
则③端口有最大输出
E―T接头的等效电路相当于在传输中串接一个阻抗
如果在E分支中加一个可调的短路活塞,上下
改变活塞的位置就可改变串接电抗的大小
就越多，高次模所储存的磁场就越大，其等效感性
电纳也就越大
5. 调谐螺钉
被普遍采用的调谐和匹配元件
一方面, 与电容膜片一样，其
附近高次模的电场较为集中，
具有容性电纳；
另一方面，波导宽壁上的轴
向电流要流入螺钉，产生附加
磁场，具有电感量。
但当插入深度h较浅时，电感
量较小，容抗占优势，总的作用等效为一个电容。(通常）宽壁调谐螺钉
4. 矩形波导―圆波导模式变换器
矩形波导TE10模变换到圆波导TE11模的变换器采用波导横截面的逐渐变化来达到模式的变换
TE10→TE01模式变换器
7.4 终接元件
(一) 全匹配负载
吸收体能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。当需要在传输系统中建立行波状态时,都要用到匹配负载
吸收体一般为碳化硅薄膜，镍铬合金薄膜，铂金薄膜等吸收体应放置在电场强度最大的位置吸收体长为几个波长
H―T接头的H臂相当于并接在传输线中的电
抗
调节H臂中的短路活塞的位置就可改变并接
电抗的大小
3. 双T接头
将E-T和H-T两种分支合为一体
E臂（隔离臂）
平分臂
平分臂
H臂（隔离臂）
特性：(1) E臂输入，两主臂“1”、“2” 等幅反相输出，H臂无输出。
模式的变换

微波元件

主要电气性能频率范围 VSWR 插入损耗隔离度
常用微波元件
多普勒雷达系统
常用微波元件（非线性元件）
对欧姆定律不适用的导体和器件，即电流和电压不成正比的电学元件叫做非线性元件。非线性元件是一种通过它的电流与加在它两端电压不成正比的电工材料，即它的阻值随外界情况的变化而改变。热敏电阻、二极管，三极管，场效应晶体管等
实用中的失配负载都是做成标准失配负载，具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测量中作标准终端负载。
失配负载的结构与匹配负载一样，只是波导口径的尺寸b不同而已。
常用微波元件
衰减器
衰减器是一种提供衰减的电子元器件，是一个二端口器件，广泛地应用于电子设备中，它的主要用途是：（1）调整电路中信号的大小；（2）在比较法测量电路中，可用来直读被测网络的衰减值；（3）改善阻抗匹配，若某些电路要求有一个比较稳定的负载阻抗时，则可在此电路与实际负载阻抗之间插入一个衰减器，能够缓冲阻抗的变化。 1）频率范围 2）衰减 3）VSWR 4）最大平均功率 5）最大峰值功率 6）插入损耗的功率系数 7）温度系数 8）插入损耗的频率响应
4b
电容膜片及其等效电路
电感膜片电纳的近似计算公式为
B
电感膜片及其等效电路
g
d Y0ctg 2 a 2a
常用微波元件 •谐振窗下图给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。即在横向金属膜片上开设一个小窗，称为谐振窗。
常用微波元件
常用微波元件
常用微波元件转换过度器件
三阶截取点(IP3)是表示线性度或失真性能的参数。IP3越高表示线性度越好和更少的失真
常用微波元件
常用微波元件
振荡器
振荡器简单地说就是一个频率源。详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的转化，这样的装置就可以称为“振荡器”。电气性能指标：频率频率稳定性噪声谐波功率调谐范围

微波技术与天线第6章复习

第6章1、简述天线的功能（概念+4个功能）在无线通信系统中，需要将来自发射机的导波能量转变为无线电波，或将无线电波转变为导波能量，原来辐射和接收无线电波的装装置称为天线。

①天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量.这首先要求天线是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射机或接收机匹配.②天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上, 或对确定方向的来波最大限度的接受, 即天线具有方向性.③天线应能发射或接收规定极化的电磁波, 即天线有适当的极化.④天线应有足够的工作频带.2、名词解释:什么是天线？①作用：在发射部分，将高频导行波转换为空间电波，在接收端，空间电波转换为导行波。

②性能：是能量转换器件、具有定向辐射能力、频率选择特性、极化特性。

③结构：开放。

3、把天线和发射机或接收机连接起来的系统为馈线系统，天线和馈线系统统称天线馈线系统，简称天馈系统。

4、点电基本振子近区场又为准静态场；离天线较远时，近似为0；电场磁场相位差90°，为感应场。

远区场中电基本振子的的远区场是沿着径向外传的横电磁波，远区场又称辐射场。

E/H=120pi，远区场具有与平面波相同的特性。

随着距离增加，辐射场减小。

4、电，磁基本振子具有相同的方向函数，空间相互正交，相位差90°5、天线的电参数有哪些？①主瓣宽度:主瓣宽度是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量。

在场强方向图中，等于最大场强两点间的宽度，称为半功率波瓣宽度；或将头两个零点之间的角度作为主瓣宽度，即零功率波瓣宽度。

②旁瓣电平: 旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣电平, 一般以分贝表示。

③前后比: 前后比是指最大辐射方向（前向）电平与其相反方向（后向）电平之比, 通常以分贝为单位。

④方向系数:方向系数定义为: 在离天线某一距离处, 天线在最大辐射方向上的辐射功率流密度Smax与相同辐射功率的理想无方向性天线在同一距离处的辐射功率流密度S0之比,记为D, 即天线方向系数的一般表达式为6、要使天线方向系数大，不仅要求主瓣窄，还要全空间的旁瓣电平小。

《微波元器件介绍》课件

《微波元器件介绍》PPT 课件
微波元器件是通信和雷达等领域中的重要组成部分。本课件将介绍微波元器件的应用、分类、选型原则、关键技术以及发展趋势。
1. 简介
微波元器件是用于处理和传输微波信号的电子器件。广泛应用于通信、雷达、卫星通信、无线电天线和导航系统等领域。
• 什么是微波元器件 • 微波元器件的应用领域 • 微波元器件的分类
2. 常见的微波元器件
射频开关
通过控制电路的开关状态，实现对微波信号的开关和切换，广泛应用于无线通信和雷达系统。
耦合器
用于将微波信号从一个端口耦合到另一个端口，常用于功率分配和天线系统。
功分器
将输入的微波信号均匀分配到多个输出端口，常用于通信和雷达系统中的功率分配。
衰减器
用于减小微波信号的功率，常用于信号衰减和匹配。
材料科学的进步将推动微波元器件的
设计优化与仿真技术应用
4
发展。
设计优化和仿真技术的应用将提高微波元器件的性能和效率。
6. 总结
微波元器件在通信和雷达等领域中起着重要作用。随着技术的发展，微波元器件将继续提高集成度和性能，推动通信技术的发展。谢谢观看。
3.Байду номын сангаас微波元器件的选型原则
1 频率范围
选择适合所需频率范围的微波元器件。
3 功率处理能力
选择能够处理所需功率的微波元器件。
2 带宽与损耗
考虑微波元器件的带宽和损耗，确保符合系统要求。
4 稳定性与可靠性
考虑微波元器件的稳定性和可靠性，确保长期运行稳定。
4. 微波元器件的关键技术
封装与加工工艺
微波元器件的封装和加工工艺需要考虑对微波信号的影响。
材料选择与制备

微波技术第六章微波元件

第六章微波元件§6-1 引言在微波系统中，实现对微波信号的定向传输、衰减、隔离、滤波、相位控制、波型与极化变换、阻抗变换与调配等功能作用的，统称为微波元（器）件。

微波元件的型式和种类很多，其中有些与低频元件的作用相似。

如在波导横截面中插入金属膜片或销钉，起类似低频中的电感、电容的作用；沿波导轴线放置适当长度的吸收片，可以起消耗电磁能量的作用，相当于低频中的衰减器；在E面或H面使波导分支，可以起类似于低频中的串联、并联作用，等等。

将若干微导元件组合起来，可以得到各种重要组件。

如在波导中将膜片或销钉放在适当位置，可以构成谐振腔；由适当组合的谐振腔，可以得到不同要求的微波滤波器等等。

但是，有不少微波元件在低频电路中是没有的。

如滤除寄生波的滤除器，波型变换器，极化变换器等。

由于微波属于分布参数系统，因此绝大多数现波元件的分析和设计问题，严格地讲是一个过错整流器的电磁场边值问题。

由于边界条件比较复杂，利用场的方法进行分析，涉及到复杂的电磁理论和应用数学问题，因此是十分繁难的。

只有少数几何形状比较简单的元件才能利用该方法进行严格的求解。

目前，最切实际的方法是以场的物理概念作指导，采用网络的方法（即等效电路法），场、路结合进行分析和综合，最后将所得结果用场结构元件去模拟。

所以，等效电路法是研究微波元件的基本方法。

微波系统是由许多元件和均匀传输线组成的，应力求做到在连接外没有反射，亦即处于阻抗匹配状态。

由于微波元件种类繁多，本章不可能全部涉及，只能选择其中最主要的，作以较详细的论述。

§6-2 终端负载终端我载是一种单口元件。

常用的终端负载有两类，一类是匹配负载，一类是可变短路器。

这些终端装置广泛地用于实验室，以测量微波元件的阻抗和散射参量。

匹配负载是用来全部吸收入射波功率，保证传输系统的终端不产生反射的终端装置，它相当于终接特性阻抗的线。

可变短路器是一种可调整的电抗性负载，是用来把入射波功率全部反射的终端装置。

《微波技术》[第6章]

微波谐振时总能量不变：W (t ) We (t ) Wm (t )=常数谐振电能与磁能自动转换，必定Wm，We振幅相等。腔 2
1 U 2 CU 2 2 2 L
1 LC
f0
1
2 LC
合肥工业大学物理学院
讨论：
当外界供给电源频率f=f0时，回路发生谐振。无损耗，振荡不止。
合肥工业大学物理学院
边界条件z=0处，Hz=0(垂直方向Hn=0, Ht≠0)，所
第六章
微波谐振腔
以D+= -D-→D(反射,位相相差π)，得 m n 2 jz jz H z jk c D(e e ) cos( x) cos( y) a b e jz e jz m n 2 2k c D( ) cos( x) cos( y) 2j a b m n 2 2k c D cos( x) cos( y ) sin( z ) a b 边界条件z=l处，Hz=0，由此得 m n cos( x) cos( y ) sin( l ) 0 βl为π 的整数倍 a b (p=1,2,3,……) sin( l ) 0 l p
合肥工业大学物理学院
4、有载品质因数QL
Q降低。工程上QL更有实用意义。
第六章
Q0是无负载品质因数；当有负载时，即对外耦合，
腔体内储存的电磁场总能量 QL 2 一个周期中腔体和耦合系统损耗的能量谐振时
W0 1 1 1 微 2 ( P0 P )T0 QL Q0 Qe 波谐振其中Qe：耦合；Q0：固有。腔 Q0越高，振荡回路的选择性越好。Qe越小，耦合
v
2 ( E dl )
b
第六章

06微波技术第六章微波元件

衰减器与相移器是分别用来改变传输系统中微波信号的幅度和相移的,是基本的微波元件,是插入系统中的双口元件。
一、衰减器
作用: 1、降低传输系统中的传输功率,控制一定的功率电平；
常用微波元件
2、插在微波信号源与微波系统之间,消除系统变化对信号源的影响
3、利用小功率仪表测量较大功率时,可在被测系统与小功率仪表之间插入衰减量适当的衰减器.
常用微波元件
第六章
常用微波元件
在微波系统中,实现对微波信号进行定向传输、放大、衰减、分配以及其他控制作用的元件，统称为微波元件。微波元件的种类很多，他们的分类方法通常有:
1. 按波段分或带宽分； 2. 按传输形式分(如:同轴线式, 波导式,微带式)；
常用微波元件
3.按外形结构分(如连接，分支，过渡元件等)
1、波导型短路活塞
a b λg/4
c e d
电流
电压
a
c
b
d
e
常用微波元件
2、同轴型短路活塞
b c c d e f g
a
a
c
f
zc1
b d e
zc2
g I
常用微波元件
abcd部分是由活塞侧壁和同轴线壁组成的长度为四分之一波长的一段同轴线。而cefg部分则是由S型活塞内部空腔所组成, 是一段终端短路的同轴线四分之一波长。
(3)起始相移量； (4)可调范围；
(5)变化规律； (6)功率容量。
长为L的无损耗传输线，输入与输出端的相移差为：
常用微波元件
引入两种改变
的方法：
(1)改变传输线长度L；
常用微波元件

微波元器件介绍

定向耦合器 • 作用：从主传输线中取出一些电磁能量并向设定的方向传输。
3臂（4臂）输入的TE10 模可以在4臂（3臂）中激励起高次模，但高次模式不能传输，不能输出。
率变换，得到对应的低通滤波器衰减特两信号分别从1、2臂输入，且到达分支波导中轴T面时相位相反，则3臂输出两信号之差，称为差信号。
任何端口都与外接传输线相匹配；
性；用低阻抗线实现并联电容：
低通滤波器：最平坦式、切比雪夫式、椭圆函数式 1、2均有输入：3输出差信号，4输出和信号；
经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。
c
• 一段窄的短微带线可等效为串联电感； 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出；
最大正向损耗：0.
一段窄的短微带线可等效为串联电感；
一段宽的短微带线可等效为并联电容。
L Zcl 2 2v p C Ycl
vp
•用高阻抗微带短线实现串联电感
4输入：1、2等幅、同相输出，3无输出； 3、4相互隔离（相互不可传送信号）
2 4（H）
“3臂、4臂隔离”的原因：
3臂输入的TE10 模式关于中轴面T反对称，而4臂中TE10模式关于中轴面T对称，故相互不能激励。
3臂（4臂）输入的TE10 模可以在4臂（3臂）中激励起高次模，但高次模式不能传输，不能输出。
3 1
T 3 1
T
2
3臂输入，4臂无输出
2
4臂输入，3臂无输出
4、波导魔T（四端口元件）
调匹配的装置
3（E） 2
1
4（H）
• 主要特性：
• 任何端口都与外接传输线相匹配；3、4匹配之后，1、2自动匹配；

常用微波元件

如果 S12 1 S11 S22 0
令S11 S11 e j(S11) , S12 S12 e j(S12 )
S21

S12 e , j(S12 ) S22

S e j(S22 ) 22
由公式(3)、(4)有
S e S e S e S e 0 j(S11)
Z Z0 Z Z0
Z0为标准波导的等效特性阻抗，Z为失配负载波导的等效特性阻抗。从而驻波比可以表示为：
1
1
如果Z

Z0

Z Z
Z0 Z0
1 Z Z0 Z Z0 2Z Z
1 Z Z0 2Z0 Z0 Z Z0
由于TE模的等效阻抗只和波导的b / a相关(见3.1 51),而失配负载的宽边a相同
（3）功率容量：具有一定的功率容量。通常将功率容量<1W的称为低功率负载，将功率容量>1W的称为高功率负载。
如图所示，低功率匹配负载由短路金属波导及在其内部沿电场方向放置劈型或楔型吸收片(通常由陶瓷、玻璃等薄片介质涂以金属粉末制成[将导致表面接触电阻])，为了获得好的吸收性能，通常吸收片的长度为1~2个波导波长。
b b0
1

1
如果Z

Z0

Z0 Z0
Z Z
1 Z0 Z
Z0 Z 2Z0 Z0
1 Z0 Z 2Z Z Z0 Z
由于TE模的等效阻抗只和波导的b / a相关(见3.1 51),而失配负载的宽边a相同
b0
b
从上面的公式可以看出，对于不同的驻波比可以选择不同的失配负载波导的窄边。

第六章微波元件

KD= KI-Kt
6.8 E面、H面分支、双T接头和魔T
实际工作中，常常要把功率一分为二。就需要波导分支元件。
微波系统是由许多元件和均匀传输线组成的，应力求做到在连接处没有反射，即处于阻抗匹配状
态，并且要尽量减小器件本身的损耗，以保障更多的能量能够传输到终端负载。
无源元器件微波元器件
（本课程）
基本电抗元件终端元件连接元件分支元件（功率分配元件）衰减器和移相器定向耦合器滤波器谐振器隔离器 ……
吸波材料
3 2
1
4 2 2
1
3 4
波导定向耦合器
(1)过渡衰减 (2)隔离度 (3)方向性
P入 Kt 10lg (dB） P耦 P入 K I 10lg (dB） P 隔 P耦 K D 10lg (dB） P 隔
耦合到副通道中的功率越小，则方向性越强，而过度衰减根据不同的技术要求而定。理想的定向耦合器的方向性和隔离度均为无穷大，但实际方向性达到40dB，性能很不错的定向耦合器
采取措施： 1、外形渐变；2、材料的特性阻抗不能过大注：电损耗问题 1、必须有σ才有损耗， σ越大，损耗越大。所以理想导体损耗最大
2、电磁波入射到理想导体会全部反射，无法进入，体现了反射和损耗的矛盾。
二、短路器：
在微波测量系统中，常要求可以移动段路面以使入射的功率全部被反射
• 提供尽量大的反射系数； • 可自由移动； • 可移动短路活塞：接触式：物理接触非接触式：非物理接触，电接触； • 波导可移动短路器
b a
b 2 2 a ' 1 1 2 a 2 a '

常用微波器件ppt课件

二、线性、非互易元件
线性、非互易元件内部的媒质是线性的，但具有各向异性。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。
常见的线性非互易媒质有磁化铁氧体，磁化等离子体，晶体等等。
线性、非互易元件也不能做频率或频谱的变换，它们的主要特征是可以区别沿不同方向传输的导行电磁波。
若zx与z0相等则反射波等幅同相e臂不会有输出指若zx与z0不等则由此引起的反射波不仅不同相且幅度也不等因此e臂中有输出指示不为零此时可调整已知阻抗z0直至指示器指示为零则所测阻抗zx便等于调整后的已知阻抗z0架空导线是架空电力线路的主要组成部件其作用是传输电流输送电功率
等效网络法只研究了非均匀区对传输系统的宏观影响，并不涉及非均匀区内部的电磁场特性。
2、H面分支（H-T接头）
当信号由1和2等幅同相输入时，端口3 输出最大。
当信号由1和2等幅反相输入时，端口3 无输出。
（1）（3）
（1）（3）
（2）（2）
1. E面T和H面T—分路元件
E面T
H面T
1 1
串接元件
2
3
2
①端输入，②和③端功率平分，相位相反。用于和差： ②和③同相等幅输入，①端无输出 ②和③反相等幅输入，①端输出最大。
因此，如果要设计微波元、器件，也许就不得不利用解析方法、近似方法、数值计算方法等求解非均匀区内部的电磁场得到其等效网络特性。
一个微波系统通常包含微波传输线和微波部件。微波部件的功能是对微波能量或微波信号进行处理和变换。
微波元器件又可分为线性互易，线性非互易，非线性和有源器件四大类。
一、线性互易元件这类元件内部只有线性、互易物质，它们只能对微波能量或微波信号进行线性处理和线性变换。这里所说的“线性”是指元件不能做频率或频谱的变换。常见的线性互易元件有：匹配负载，衰减器，移相器，功率分配器，定向耦合器，阻抗匹配器 (可调)，阻抗变换器 (不可调)，短路活塞，滤波器，微波电桥等等。

电磁场、微波技术与天线图文 (6)

第6章微波网络基础
2. 微波网络参数是在微波传输线中只存在单一传输模式下确定的。例如，对矩形波导，是指TE10模；对微带线，是指准TEM模；对同轴线与带状线，是指TEM模。当微波传输线中存在多模传输时，一般按其模式等效为一个多端口网络，如一个有n个传输模的单端口元件将等效成一个n端口网络，一个有n个传输模的二端口元件应等效为2n端口网络，其网络参数仍按各个传输模式分别确定。
如图6-4-1所示为双端口网络，端口参考面T1、T2上的电压和电流的方向如图中所示。由网络理论有
U1 Z11I1 Z12 I2 U2 Z21I1 Z22 I2
(6-4-1)
第6章微波网络基础
图6-4-1 ［Z］和［Y］参量网络
第6章微波网络基础
或简写成
U1 U 2
Z11
Z21
件还不足以将U、I唯一确定。因为，U′=kU，I′=I/k，即e′(x， y)=e(x，y)/k，h′(x，y)=kh(x，y)将同样满足式(6-2-1)的定义和式(6-2-4)的归一化条件。因此，按上述定义的电压、电流都只能确定到相差一个常数因子，这种不确定性实际上是反映了传输线中阻抗的不确定性。为了消除这种不确定性，需进一步确定基准矢量e(x，y)和h(x，y)，也就是确定等效特性阻抗的选用条件。由式(6-2-1)写出(以入射场为例)
Ui
I
* i
1 2
Ui
(6-2-11a) (6-2-11b)
由式(6-2-11)解得
Ui
ab 2 Em ,
Ii
ab Em
2
(6-2-12)
第6章微波网络基础
将其代入式(6-2-10)解出
e ey
2 ab

微波技术-第6章常用微波元件

第六章常用微波元件
§6.1
§6.2 §6.3 §6.4
一端口元件
二端口元件三端口元件四端口元件
§6.1 一端口元件
短路负载一端口元件匹配负载单端口部件
一端口散射参量：
Z Z0 S11 Z Z0
1 ．短路负载
短路器，可调短路活塞。 Z L 0 要求： 1）保证接触处的损耗小， 1 ； 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。可用为调配器、纯电抗元件。输入阻抗：
a. 单孔耦合器
单孔耦合器。为获得定向性，该单孔需用开在两个矩形波导的公共宽壁上。在制造和应用上都有缺点，较少采用。
b. 波导双孔定向耦合器
公共宽臂（或窄臂）上相距 g 0 / 4 的双孔耦合器。如图：
设电磁波由端口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 g 0 / 4 ，结果在端口③方向的波相位同相而增强，在端口④方向则因相位反相而相互抵消。
2 2
S12 S 22 1
2 2
1、连接元件
3、相移与衰减元件
2、匹配元件
4、波型变换元件
1.
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。
波导平法兰接头特点：体积小，频带宽加工方便，接触表面光洁度较高
波导扼流法兰接头特点：功率容量大，频带较窄，接触表面光洁度要求不高
4．波型变换元件
导行系统的主模不同，因此从一种模式过渡到另一模式的电磁波需使用波型变换元件。设计的一般原则是抑制杂模的产生和阻抗匹配。同轴—矩形波导过渡器（要求在20%带宽内，
驻波比小于1.1）。

《微波技术基础》第六章_微波网络基础解析

0 V
I
L1 / C1 1/ Y0
它是行波的电压和电流之比。TEM导波特性阻抗是唯一的； TE和TM导波特性阻抗不是唯一的
12/3/2018
17
Dept.PEE Hefei Normal University
二、均匀波导的等效电路
以TMmn模矩形波导为例
E z
B 0 t z
(1) 模式电压V (z)正比于横向电场ET ；模式电流I (z) 正比于横向磁场HT ； (2) 模式电压与模式电流共轭的乘积等于波导传输的复功率 (3) 模式电压与模式电流之比等于模式特性阻抗
12/3/2018
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Dept.PEE Hefei Normal University
具有正向和反向行波的任意波导模式的横向场
不均匀性：截面形状或材料的突变截面形状或材料的连续变化均匀波导中的障碍物或孔缝波导分支
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Dept.PEE Hefei Normal University
波导的不均匀性
12/3/2018
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Dept.PEE Hefei Normal University
波导不连续性的等效电路
若选择 Z 0 ZW ZTE 求得
V C1 ZTE I C2
C1 ab / 2, C2 ab / 2 / ZTE
V ab / 2( A e
j z
A e

j z
)
ab / 2 j z j z I (A e A e ) ZTE
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V j z V j z e e Z0 Z0
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Dept.PEE Hefei Normal University

常用微波元件

把耦合度大于20dB的定向耦合器称为弱耦合定向耦合器。
常用微波元件
2、定向性D 定向性D 表示耦合器的隔离性能，它是耦合端输出功率P3与
隔离端的输出功率P4之比。也可用散射参量来表示方向性，即
D10 loP P g4 310 loS S g3 41 12 220 loS S g3 41 1
3、输入驻波比（插入驻波比）
跳火 (空气被击穿)
常用微波元件
7.5 衰减器和移相器
衰减器和移相器均属于二端口网络。衰减器的作用是对通过它的微波能量产生衰减；移相器的作用是对通过它的微波信号产生一定的相移但不产生衰减。
一、衰减器
理想的衰减器应是只有衰减而无相移的二端口网络，其散射矩
阵为
0 el
S el
0
衰减器的衰减量表示为：
7.4、终端元件
传输线终端所接元件称为终端负载，常用的终端负载有匹配负载和短路负载两种。匹配负载是将所有的电磁能量全部吸收而无反射；而短路负载是将所有的电磁能量全部反射回去，一点能量也不吸收
1、匹配负载
匹配负载能几乎无反射地吸收入射波的全部功率。当需要在传输系统工作于行波状态时，都要用到匹配负载。
A
10log
Pi
P常o 用d微B波元件
衰减器可以分为吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种
1、吸收式
在波导内放入与电场方向平行的吸收片，当微波能量通过吸收片时，将吸收一部分能量而产生衰减，这种衰减器称为吸收衰减器。
2、截止式
截止衰减器是在传输线中插入一小段横向尺寸较小的传输线段，使电磁波在这一小段传输线内处在截止状态下传输，即电磁波经过这段传输线后微波能量很快衰减，控制截止传输线的长度，就可以调节衰减量的大小。

微波技术-第6章常用微波元件.

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