微波技术与天线-第三章 微波元器件

第三章 微波元器件
d2 d1
ZL
l2
l1
d2 d1
jB2
jB1
ZL
B B’ A’ A
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工作原理
第三章 微波元器件
假设已匹配，Yb＝1 Yb’＝1＋jB，b’必在G＝1的电导圆上。
从 b’ 到 a’，对应等反射系数圆上逆时针旋转 ＝2d2＝4d2/ a’ 应在由 G＝1 的电导圆沿逆时针旋转 所得的辅助圆上。
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电容膜片
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。
第三章 微波元器件
db
a
集中电场
Y0
jB Y0
储存电能
•
电纳的近似计算公式为：
B

4b
p
Y0
ln
cscd
2b

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电感膜片
通过在波导窄壁上放置金属 膜片使波导宽壁上的电流产 生分流，从而在膜片的附近 产生磁场，并存储磁能。
• 将销钉看作是具有一定宽度和厚度的窄条电感膜片。
• 电感棒越粗，相对电纳越大。同样直径的电感棒，根数越多， 相对电纳越大。
• 销钉根数越多，几何尺寸越大，引起的高次模就越多，高次模 所储存的磁场就越大，其等效感性电纳也就越大。
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螺钉调配器（bolt tuner）
b
第三章 微波元器件
h C
jB1
ZL
B B’ A’ A
死区 d2＝ λ/8 和3λ/8时
死区
d2＝λ/4时
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三支节调配器
距负载三个固定的位置处，各并联
第三章 微波元器件
d3
d2 d1
一个短路线（或开路线）支节
jB3 jB2
jB1
ZL
• 通常取d3＝d2＝λ/4 （或λ/8）
C C’ B B’ A’ A
• 调节l 1，l2 ，l3
微波测试系统 Test System
1 - 小功率振荡器；
2 - 固定衰减器；
3 - 定向耦合器；
4
4 - 波长计；
5 - 可变衰减器； 1 2
3
5
6
8
9
6 - 定向耦合器；
7 - 功率指示器； 7
8 - 测量线；
9 - 被测元件。
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微波电路系统
第三章 微波元器件
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微波元器件
第三章 微波元器件
b
d
a
Y0
jX Y0
集中磁场 储存磁能
•
电纳近似计算公式： B p
aபைடு நூலகம்
Y0
ctg
2

d
2a

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谐振窗 a
第三章 微波元器件
b
a’ b’
谐振波长： 2a
r


ab ab
2
1 b b2
• 谐振时，并联回路的电抗为无穷大，无反射；
a 点的导纳不一定在辅助圆上，调节
电纳支路 2 ，使 a’ 落在辅助圆上。
d2 d1
jB2
jB1
ZL
b b’ a’ a
d2
b’ a’ b
a 上页 下页
缺点：存在死区，某些情况得不到匹配
死区：与辅助圆相切的等G圆 只适用于匹配由负载产生的驻波 比较小的传输线系统。
第三章 微波元器件
d2 d1
jB2
特性阻抗为Z1 、长度 l=p0/4 的
传输线段来实现匹配。
设此时 T0 面上的反射系数

ZL Z0
ZL Z0 2 j Z0ZL tg l
在中心频率附近，
第三章 微波元器件
微波铁氧体移相器
功分器
微带滤波器
数字移相器
微波环行器
微波衰减器
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微波元件的分类:
第三章 微波元器件
按传输线型分：波导型、同轴型和微带型等。
按功能分：连接元件、终端元件、匹配元件、衰减元件、
相移元件、分路元件、波型变换元件、滤波元件等。
按变换性质分：
• 线性互易元件：元件中不含有非线性和非互易性的物质。
11
8
7 - 天线反射器；
8 - 混频器；
9 - 可变衰减器；
1
2
3
10-本地振荡器；
11-前中放大器。
7
6 5 4
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第三章 微波元器件
微波通信系统 Communication System
中频 信号
中频 信号
混频器 本振 混频器
滤波器 低噪放
功放
双 工 器
滤波器
天线
本振
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第三章 微波元器件
h
b
螺钉插入波导的深度可以
调节，电纳的性质和大小
也随之改变，使用方便，
b
h
是小功率微波设备中常采
用的调谐和匹配元件。
C L
L
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螺钉调配器的应用
第三章 微波元器件
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等效成双支节调配器
距负载两个固定的位置处各并联 一个短路线（或开路线）支节 固定d1和d2，
d2一般取λ/8,λ/4或3λ/8 但不能选λ/2 调节l 1，l2
若A点在死区内，
• 调节支节1，使其输入端为开路状态A’ 与A点相同
• 若d2= λ/4，则B’点总能跳出死区 • 再使用支节2和支节3调配
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阻抗变换器
第三章 微波元器件
λ/4阻抗变换器
主传输线特性阻抗为Z0，终端接 纯电阻性负载ZL，若ZL Z0 ，则 可以在传输线与负载之间接一段
• 失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大；
• 作用：一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振的频率就是 可通过的频率。
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销钉
第三章 微波元器件
Y0
jX Y0
b a
三销钉的相对电纳：
bL

BL Y0

4 g
aln
a 24.66r


40.4a2 1 0002

§3-1 阻抗匹配与变换元件
波导中的电抗元件
电抗性微波元件在微波系统中起着类似于低频电路中 L、C及其组合元件的作用。
利用在传输线中插入某种元件，由于不连续性而激起的高次模 所呈现的不同特性来构成一个相当于集总参数的电感或电容。
电抗性微波元件
电感器是指能够集中磁场和存储磁能的元件； 电容器是指能够集中电场和存储电能的元件。
第三章 微波元器件
第3章 微波元器件
3.1
阻抗匹配与变换元件
3.2
定向耦合元件
3.3
微波谐振器
3.4 微波滤波器与微波铁氧体元件
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第三章 微波元器件
微波雷达系统 Radar System
1 - 发射机；
10
2 - 隔离器；
3 - 天线转换开关；
4 - 馈线波导；
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5 - 旋转关节；
6 - 辐射器；
• 线性非互易元件：元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质， 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。
• 非线性元件：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。
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第三章 微波元器件