微波技术基础课件第八章常用微波元件

(Zin)ab(ZZino2)1odRkZ Z00212
(8.1-3)
式中，RK为接触电阻。由图可知，Z01<<Z02，故(Zin)ab很小， 使活塞与波导(或同轴线)有良好的电接触。
第8章 常用微波元件
图8.1-2所示的扼流活塞的优点是损耗小，且损耗稳定； 缺点是活塞太长。为了减小长度，可采用图8.1-3所示山字形 和S形扼流活塞。在这种活塞中，具有较大特性阻抗的第二段 被“卷入”第一段活塞内部。此时接触电阻Rk不在高频电流 波腹处，而是在波节处，因此可使损耗减至最小。实验表明， 这种活塞的驻波比可做到大于100，且当活塞移动时，接触的 稳定性也令人满意。
第8章 常用微波元件
由传输线理论知，驻波比ρ与反射系数Γ的关系为
1 | | 1 | |
(8.1-4)
设b0为标准波导的窄边尺寸，b为失配负载波导的窄边尺寸。
由于
Z Z0
Z Z0
(8.1-5)
式中，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，则
Z b 或b0
Z0 b0 b
第8章 常用微波元件
图 8.1-4 低功率波导匹配负载 (a) 劈形吸收片；(b) 有耗楔形吸收体
第8章 常用微波元件
同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形或阶梯形 吸收体，如图8.1-5所示。
图 8.1-5 低功率同轴匹配负载 (a) 锥形吸收体；(b) 阶梯吸收体
第8章 常用微波元件
高功率匹配负载的构造原理与低功率负载一样，但在高 功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸收物质可以是固 体(如石墨和水泥混合物)或液体(通常用水)。利用水作吸收 物质，由水的流动携出热量的终端装置，称为水负载，如图 8.1-6所示。它是在波导终端安置劈形玻璃容器，其内通以水， 以吸收微波功率。流进的水吸收微波功率后温度升高，根据 水的流量和进出水的温度差可测量微波功率值。
(c) 作用原理图；(d) S形同轴活塞
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2. 匹配负载 匹配负载(matched load)是一种能全部吸收输入功率的 一端口元件。它是一段终端短路的波导或同轴线，其中放 有吸收物质。匹配负载在微波测量中常用作匹配标准；在 调整仪器和机器(例如调整雷达发射机)时，常用作等效天线。 匹配负载的主要技术指标是工作频带、输入驻波比和功率 容量。 根据所吸收的功率大小，匹配负载分为低功率负载(小 于1 W)和高功率负载(大于1 W)。 低功率负载一般用于实验室作终端匹配器，对其驻波 比要求较高，在精密测量中，要求其驻波比小于1.01以下。
第8章 常用微波元件
第8章 常用微波元件
8.1 一端口元件 8.2 二端口元件 8.3 三端口元件 8.4 四端口元件 8.5 微波周期结构 本章提要 习题
第8章 常用微波元件
8.1 一 端 口 元 件
一端口元件是一类负载元件，种类不多，常用的有短 路负载、匹配负载和失配负载。下面分别加以介绍。
1. 短路负载 短路负载(short-circuiting load) 又称短路器，其作用是 将电磁波能量全部反射回去。将波导或同轴线的终端短路 (用金属导体全部封闭起来)即构成波导或同轴线短路负载。 实用中的短路负载都做成可调的，称为可调短路活塞。 对短路活塞(shorting piston)的主要要求是：①保证接触处的 损耗小，其反射系数的模应接近1；②当活塞移动时，接触 损耗的变化要小；③大功率运用时,活塞与波导壁(或同轴线 内外导体壁)间不应发生打火现象。
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低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，在 其Βιβλιοθήκη Baidu面沿电场方向放置一块或数块劈形吸收片或楔形吸收 体，如图8.1-4所示。吸收片是由薄片状介质(如陶瓷片、玻 璃、胶木片等)上面涂以金属碎末或炭末制成的。其表面电 阻的大小需根据匹配条件用实验确定。吸收片劈面长度应 是λg/2的整数倍。楔形吸收体则是用羟基铁和聚苯乙烯混合 物做成的。低功率波导匹配负载的驻波比通常在10~15%频 带内可做到小于1.01。
第8章 常用微波元件
图 8.1-6 高功率波导水负载示意图
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3. 失配负载 失配负载(mismatched load) 是既吸收一部分功率又反射 一部分功率的负载。实用中的失配负载都做成标准失配负载， 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。
二端口元件可等效为二端口网络,其散射矩阵为
[S]
S11 S21
S12
S22
(8.2-1)
若网络无耗，可互易，则由幺正性得到:
| S11|2 | S12 |21
| S12 |2 | S22 |21
和
S1*1S12 S1*2S22 0
S1*2S11S2*2S12 0
第8章 常用微波元件
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图 8.1-1 接触式短路活塞 (a)波导活塞；(b)同轴线活塞；(c)作用原理图
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图8.1-2 扼流活塞的早期结构 (a)波导型；(b)同轴线型；(c)等效电路
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(2) 扼流式活塞 早期的扼流活塞如图8.1-2所示。其有效短路面不在活塞 与传输线内壁直接接触处，而是向左移动了半波长。由图 8.1-2(c)所示的等效电路可以得到ab面的输入阻抗为
在同轴元件中，广泛采用S形(或称Z字形)扼流活塞，如 图8.1-3(d)所示。S形活塞的频带宽，其最大特点是活塞与同 轴线完全分开，因此同轴线内外导体是分开的。这种结构特 别适用于需要加直流偏置的有源同轴器件。
扼流活塞的缺点是频带窄，一般只能做到10~15%的带宽。
第8章 常用微波元件
图 8.1-3 (a) 山字形波导活塞；(b) 山字形同轴活塞；
(8.1-6)
可见，对应于不同的b可得到不同的驻波比。例如3 cm波段
标准波导BJ-100的b0 10.16 mm，如果ρ分别要求为1.1和 1.2，则b分别应为9.236 mm和8.407 mm,依此可构成不同的
失配负载。
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8.2 二 端 口 元 件
1. 无耗二端口网络的基本性质