微波技术与天线——电磁波导行与辐射工程第二版殷际杰电子教案第四章

输入波行进至耦合孔a, b时，电磁能通过小孔耦合至副波导。
电磁能通过小孔耦合、激励的问题，要用小孔绕射理论来分析，
这是微波经典理论中的重要内容之一。这样我们姑且用一耦合系
数来表示小孔的耦合强度。 建筑精选课件
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端口①输入波行进至小孔a处，耦合至副波导中的波以 C 表 示向端口③传输的部分，以 C 表示向端口④传输的部分， C为耦
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4-3 定向耦合器
定向耦合器又称方向耦合器，它的作用是通过小孔耦合、 分支耦合及平行线耦合等耦合方式，把主传输线中一部分信号取 出，用于微波系统的监测、信号功率的分配或合成等等。定向耦 合器在微波技术中有着广泛的应用。
定向耦合器的基本结构，就是由主传输线、副传输线及两 者之间的耦合环节所构成。图为典型的几种定向耦合器结构示意 图。
界）的突变而必然引起反射，而采用横截面渐变过渡的结构则可
大大减小因连接而造成的对导行波的反射。
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②波导分支 对于普通双线传输线，把一路信号分送两路或多路，即在主 传输线上向外串接或并接引出信号是非常容易的事。但是对于微 波段的传输线，尤其是金属波导，分支不仅遇到结构上的问题， 而且还会带来电性能上的一些特性。
界情况，完整准确地求解电磁场方程将遇到极大的困难。
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因此我们研究微波元件的工作原理往往采用定性分析方法， 元件作用的外特性则采用网络分析与综合的方法来分析研究。
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4-2 连接元件、分支元件R、L、C元件 ①连接元件 不同型式的微波传输线连接，实质上是完成模式转换
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为了展宽定向耦合器的工作频带宽度，可采用多孔耦合方式。
多孔耦合可展宽频带的基本道理是：多个耦合小孔将会在副波导
图中依序为波导窄壁孔耦合定向耦合器、正交波导宽壁十 字孔耦合定向耦合器、耦合带状线定向耦合器及微带线分支定向 耦合器。
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定向耦合器多利用波程关系实现，我们以波导窄壁双孔定向 耦合器为例来分析。如图所示，主、副矩形截面波导窄壁面为公 共壁，在公共壁上开两个形状、尺寸相同，间距为l的小孔。信号 由主波导端口①即定向耦合器的输入端输入，并令波幅值为1。
[用于4.7]
4-7 微波网络理论概述
[用于4.8 ～ 4.11]
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4－22
4-1 微波段电路元件的功能、构成及研究方法
一个微波段信息传输系统，除了传输线还需要有具有各
种功能的元件和器件共同组成。
微波元件泛指能够控制导行电磁波模式、极化、幅值、频率、
相位、去向等的无源装置。以往集总电路元件概念及构成方法已
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①
②①
②
④
④
①
Z0
Z0 ②
④
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③波导R、L、C元件
R、L、C元件则要求其具有消耗、反射或集中电磁场能量的 作用。
下图是以吸收信号功率而制成的微波电阻性元件
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截止波导（过极限波导）衰减器，它是利用处于截止状态的 波导(λ>λc)，场量沿传输方向呈指数率衰减特性来实现的。其实 质是它对信号能量的反射。如图中圆波导处于截止(λ>3.41R),场 量随l长成指数衰减规律，改变l长即可实现可变衰减的输出。
第四章 微波元件及微波网络理论概要
4-1 微波段电路元件的功能、构成原理及研究方法
[用于本章概述 ]
4-2 连接元件、分支元件及R、L、C元件
[用于4.1 ～ 4.3 ]
4-3 定向耦合器
[用于4.4 ]
4-4 阻抗变换器与调配器
[用于4.5]
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4－11
4-5 谐振腔
[用于4.6.1]
4-6 微波铁氧体元件简介
不能用于微波波段。
微波元件的各种功能（对导行电磁波的控制作用），是通过
装置的边界（形状和尺寸）、填充媒质的变化—不均匀或不连续
来实现的。即构成微波元件的基础是微波传输线（主要是金属波
导和微带线），因此微波元件又统称为不规则波导。
分析微波元件的工作原理及确定其参数，严格的数学解对于
绝大多数情况几乎是不可能的，因为微波元件复杂和不规则的边
TE11
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TE10
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从以上不同种类传输线连接，即不同传输模的转换中可以看
出，要转换成哪一种模式就必须激励出与该模式相似的场结构。
这种与该模式相似的场结构则是该模式与高次模的混合，由波导
的自滤性，这些伴生的高次模因不满足存在条件而距激励点不远
即行消逝。再就是不同种类传输线连接，因其形状、尺寸（即边
端的输出是两小孔耦合波的同相叠加，而隔离端则是两小孔耦合
波的反相叠加而抵消。这种利用波长关系的定向耦合器的工作频
带是较窄的，因为两小孔间距l偏离 p 时，隔离端来自两小孔的
4
耦合波不再是反相位叠加，隔离端会有输出。
在实际使用中，定向耦合器的隔离端口④都要接有匹配负载， 用以吸收传输来的（泄漏）信号功率，以免产生反射而影响其他 端口的信号功率分配，而破坏定向耦合器的工作性能。
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微波系统中的电抗元件，其构成原理都是利用微波传输线的 结构、形状及尺寸的不连续性来实现的。电抗元件包括能够集中 和储存磁场能量的电感性元件，以及能够集中和储存电场能量的 电容性元件。以下选择其中典型和常用的元件介绍。
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波导或同轴线其终端短截则呈全反射状态，由传输线理论可 知，其入端阻抗为纯电抗。若短截面位置可调（活塞），入端即 为可变电抗。
合系数。输入波行进至小孔b处依然向副波导耦合，分为向端口③
的 C 和向端口④的 C 两部分。假定输入波经过小孔a, b后幅值
不变（弱耦合）。
在副波导中向端口③传输的耦合波，由小孔a和b两部分耦合 波组成，它们到达 BB 参考面的延迟量相同，向端口③传输的耦 合波为
A 3 C e j l C e j l 2 C e j l
副波导中向端口④传输的波在 AA 参考面处，由a和b两个小孔耦 耦合波叠加为
A 4 C C e j2 l 2 C co le j s l
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此种双孔定向耦合器，通常取 l p ，则
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A4 0 ，隔离度I及
定向性D均为理想值 。利用波长关系不难作出物理解释：耦合