1.6常用微波器件

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P I 10 lg 1 20 lg S41 (dB) P 4
隔离度
S31 P P 3 3 P 1 方向性 D 10lg 10lg 20lg (dB) P P S41 4 1 P 4
理想定向耦合器的 S14 0 ,即具有无限大的隔离度和方向性。
定向耦合器的技术参数
输入驻波比
定向耦合器分类及构成思想
定向耦合器就是用于监测功率的一例,它从微 波信号发生器至负载的主传输线中取出一小部分功 率输至功率监测器,只要知道耦合强弱便可由监测 器的功率读数得知信号发生器的输出功率。
定向耦合器分类及构成思想
用反射计测量反射系数的系统示意图,其中有两个以相反方向接入主线的具有高方 向性的定向耦合器,各自按同一比例取出入射与反射波中的一小部分功率,经检波 后输入到“比值计”使可在经过校准的仪表卜读出反射系数的大小(幅值)。
三、非线性元器件
非线性元件内部有非线性物质,能对微波 的频率或微波信号的频谱进行变换。常用的 非线性元、器件有:调制器,检波器,混频 器,倍频器等等。 四、有源器件
微波有源器件可以产生微波能量或对微波 信号进行放大。常见的有源器件有:振荡器, 放大器,微波管等等。
常见的微波系统均由传输线和上述器件组合 而成。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。 对微波元件的基本要求: ※ 损耗 ※ 输入驻波比 ※ 工作频带尽可能宽 ※ 功率容量 ※ 结构 ※ 特殊元件的特殊要求
(2)
(3)
由于1和2端口在结构上对称,故有:S11 = S22;
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。
(1)
(3)
(2)
当信号由1和2等幅 反相输入时,端口3 无输出。
(1) (3)
(2)
1. E面T和H面T—分路元件 E面 T
1 1
串接元件
H面 T
3
并接元件
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。
性质3
对于无耗互易四端口网络,有两个端口匹配且相 互隔离,则该四端口网络必为一理想定向耦合器, 且其余两个端口匹配并相互隔离。
定向耦合器的技术参数
定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件。 主要技术指标有耦合度、隔离度(或方向性)、输入驻 波比和工作带宽。
耦合度
输入功率 C 10 lg 耦合口输出功率 (dB)
4、 魔T元件
魔T元件
波导魔T是匹配的双T,由双T波导接头处加入匹配元件(螺 定膜片或小锥体)构成,如图所示为波导魔T的两种结构。
4、 魔T元件
魔T元件
当“1”,“2”,“3,,三个端口均接匹配负载 时,让TE10波自H臂输入,在分支交叉区对称面上插 入一根金属圆棒,使其与H臂中TEl0模的电场力线相 平行,而与E臂中TEl0模的电场力线相垂直,故此棒 的存在仅对H臂中的场有影响,面对E臂中的场几乎 不起作用。调整此棒的粗细、位置及插入深度,使H 臂端口呈匹配状态,然后锁紧。 再让“1”,“2”,“4”三个端口均接匹配负载,TE10波自E臂输 入,在分支交叉区的E臂中加入一感性膜片,使其产生一新的反 射与接头处的反射相抵消。由于膜片与E臂中的电场力线相平行 而与H臂中的电场力线相垂直,故仅对E臂中的场有反射作用, 而对H臂的场无影响。膜片的大小、厚度及位置由实验调整确定。
微波元件是用导行系统做成的,种类繁多。 按导行系统结构分:可分为波导型、同轴线型、微带 线型等; 按工作波型分:可分为单模元件和多模元件; 按作用分:可分为连接元件、终端元件、匹配元件、 衰减与相移元件、分路元件、滤波元件等。 按端口分:可分为一端口元件、二端口元件、三端口 元件、四端口元件、五端口元件、六端口 元件等。
定向耦合器分类及构成思想
定向耦合器分类及构成思想
定向耦合器一般属 于四端口网络,它有 输入端、直通端、耦 合端和隔离端, 主线的两个端口为“1”和“2”,副线的两个端口为 “3”和“4”。两线间有一定的耦合机构。 当功率由端口“1”输入时,一部分功率从直通端口 “2”输出;还有一部分功率耦合到副线中,利用各分波 的场矢量叠加或波程差,设法使耦合到副线中的波在其 中一端口同相叠加形成耦合口,而在另一端口反相抵消 形成隔离口。至于端口“3”和“4”中谁为耦合口谁为隔 离口,这取决于定向耦合器的耦合机构。通常在隔离端 口外接匹配负载。
4、 魔T元件
魔T元件应用
在接收机混频电路中, 为使本振信号与接收信号 隔离,可将它们分别接在 魔 T 的 E 臂和 H 臂上。主线的 两臂中装接混频晶体 。本 振信号和接收信号都能以 相等的幅度,适当的相位 加在两晶体上进行混频 。 其差频信号送至中频电路 进行放大。
4、 魔T元件
魔T元件应用
4、 魔T元件
魔T元件
魔 T 特性可以看作是 E-T 和 H-T 的结合,也可能看 作是特殊的3 dB桥。
0 1 0 S 2 1 1
魔T
0 0 1 1
1 1 0 0
1 1 0 0
4、 魔T元件
魔T元件
魔T具有如下重要特性: ①四个端口完全匹配; ②不仅E臂和H臂相互隔 离,而且两侧臂(即1、2臂) 也相互隔离; (3)进入一侧臂的信号, 将由E臂和H臂等分输出,而 不进入另一侧臂; ④进入H臂的信号,将 由两侧臂等幅同相输出,而 不进入E臂;
由H臂输入的信号被等幅、同相 地分到“1”,“2”两臂中,“1”端 口接已知可变阻抗Z0,“2”端口接 被测阻抗Zx 。若Zx与Z0相等,则反 射波等幅同相,E臂不会有输出,指 示器的指示值为零。 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
定向耦合器是一种具有方向性的功率分配器,它 能从主传输系统的正向波中按一定比例分出部分功率, 并基本上不从反向波中分出功率。因此利用定向耦合 器可以对主传输系统中的入射波和反射波分别进行取 样。 定向耦合器用于监视功率、频率和频谱;把功 率进行分配和合成;构成雷达天线的收发开关、平衡 混频器和测量电桥;测量反射系数和功率等。
输入功率 隔离度 I 10lg 隔离口输出功率 (dB)
耦合口输出功率 (dB) 方向性 D 10lg 隔离口输出功率
三者之间的关系: I C D
定向耦合器的技术参数
以同向定向耦合器为例,写出散射参数与技术参数 之间的关系为:
耦合度
P 1 1 C 10lg 10lg 20lg S31 (dB) 2 P S31 3
⑤进入E臂的信号,将 由两侧臂等幅反相输出, 而不进入H臂; (6)若两侧臂同时加入 信号, E臂输出的信号等 于两输入信号相量差的1 / 2 倍; H售输出的信号则等 于两输入信号相量和的1 / 2 倍。
4、 魔T元件
魔T元件应用
由于有第(6)特性,所以魔T的E臂常称为差臂,H臂则常 称为和臂。 魔T在微波技术中有着广泛的应用,可用来组成微波阻 抗电桥、平衡混频器、功率分配器、和差器、相移器、天线 双工器、平衡相位检波器、鉴频器、调制器等。
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。 常见的线性、非互易元件有:隔离器,环行 器等。
信标分 离器 接收设备
带阻滤 波器
双工器
方圆转 换器
极化变 换器
高次模 耦合器
旋转关节
信标
信标
魔T 定向耦 合器 跟踪接 收机 发送波 信标差信号 伺服控 制系统 驱动系 统
信标和信号
滤波器
天馈系统原理框图
常用的矩形波导分支有E面分支、H面分支、双T接 头及魔T等,此外还有同轴线分支、微带线分支等。
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。 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。
3 4
2 2
3 2 4
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。
④端输入,②和③端功率平分相位相 同。 用于和差: ②和③端同相等幅输入,④端输出最 大; ②和③端反相等幅输入,④端无输出
3、 双T接头
将 E-T 和 H-T 组合起来,即得到 双 T 接头,它保持了 E-T 和 H-T 接口 的特性。3和4是相互隔离的。 普通双T接头的特性总结起来为: 1)E臂输入,两主臂“1”,“2”等幅反相输出,H臂无输出 2)H臂输入,两主管“1”,“2”等幅同相输出,E臂无输出 3)主臂“1”, “2”等幅反相输入,E臂输出,H臂无输出; 4)主臂“l”,“2”等幅同相输入,H臂输出,E臂无输出。
将定向耦合器除输入端外,其余各端均接上匹配负载 时,输入端的驻波比即为定向耦合器的输入驻波比。 此时,网络输入端的反射系数即为网络的散射参量S11, 故有 1 S11 1 S11 频带宽度
矩形波导的T形接头有E-T接头和H-T接头两种,如 图所示。其中E-T接头的分支波导宽面与主波导中 TE10模的电场所在平面平行;H-T接头的分支波导的 宽面与主波导中TE10模的磁场所在的平面平行。
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。
四端口网络基本性质
性质1
无耗互易四端口网络四个端口可以完全匹配。即:
S11 S22 S33 S44 0
并且为一理想的定向耦合器;即若(1)端口为输 入口,则 S , S , S 中必有一个为0。
12 13 14
四端口网络基本性质
性质2
具有理想定向性的无Biblioteka Baidu互易四端口网络不一定四个端 口均匹配。或者说,四个端口均匹配是定向耦合器的 充分条件,而不是必要条件。 四个端口均匹配 理想的定向耦合器
E-T接头
H-T接头
1、E面分支(E-T接头)
(3)
当信号由端口 1输入时,端口2 和3都有输出。
(1)
( 2)
(3) 当信号由端口2 输入时,端口1和3 都有输出。 (2)
(1)
1、E面分支(E-T接头)
当信号由端口3输入时, 端口1和2等幅反相输出。 用散射参量表示则有: S13 = -S23; 由于1和2端口在结构上对称, 故有:S11 = S22; (1)
(3) (2)
1、E面分支(E-T接头) (3)
当信号由1和2 等幅反相输入时, 端口3输出最大。 (1) (2)
(3) 当信号由1和2 等幅同相输入时, 端口3没有输出。 (1) (2)
1、E面分支(E-T接头)
E—T接头的特性可用S矩阵表示。E—T接头使用时多由端3输入, 假定端口3匹配(S33=0),由于结构对称.端口1和2的驻波比应 相等(S11=S22),于是E—T接头的S矩阵可以写成
S11 S S 12 S13
S12 S11 S23
S13 S 23 0
1 2 1 S 2 1 2
1 2 1 2 1 2
1 2 1 2 0
2、H面分支(H-T接头)
当信号由端口3输 入时,端口1和2等幅 (1) 同相输出。 即:S13 = S23;
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