微波技术与天线》第五章 微波元件(1)

微波元件按功能分类
衰减器 匹配元件 波型变换元件 相移元件 功分元件 滤波元件
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引言
基本电路元件
电阻
电感
电容
微波电阻性元件
能吸收微波能量的装置相当于电阻的作用。
微波电抗性元件
能局部集中磁场能量的装置相当于电感的作用。
能局部集中电场能量的装置相当于电容的作用。
能实现电磁能量周期性变换的装置相当于振荡回路
当工作波长=λ0时：谐振窗对通过的波没有反射。 当工作波长≠λ0时： 产生反射。
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
对穿电感销钉 对穿电感销钉上流过电流，在它的周围激起额外的磁 场，具有电感的性质，可以等效为并联电感。 对穿电感销钉的相对电纳与棒的粗细有关: 棒越粗，电感量越小，其相对电纳就越大。 同样粗细的棒，根数越多，电感量越小，相对电纳就
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电容膜片
电容膜片并联电纳的相对值：
bC
BC Y0
4b ln(csc d
g
2b
) 2t ( b g d
d b
)
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电感膜片 主模在膜片处有平行于膜片的电场，为满足膜片的边
界条件，需要反方向的电场来抵消，故产生的高次模 是TE模。 此高次模是截止模，在膜片附近储存的磁能大于电能， 相当于一个电感。 由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电感。
去耦 消除负载失配对信号源的影响。
调节微波源输出的功率电平。
匹配元件
无反射的吸收传输到终端的全部功率，以建立传输
系统中的行波状态。
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微波电抗性元件
集总参数电抗
集总参数电感
在某一个区域中只含有磁能。
集总参数电容
在某一个区域中只含有电能。
微波频段
微波信号的交变电磁场，电场和磁场是交链在一起，
谐振窗
谐振频率的求法：从阻抗匹配的角度进行求解。
谐振窗小波导：长a’，宽b’，厚t，特性阻抗Ze’。
谐振窗谐振的条件： Ze’=Ze（主波导特性阻抗）。
b Ze a
1 1 ( 1
)2
,Ze'
b' a'
2a
2 1 ( 2
)2
; r1 1, r 2 r
2a'
1
1 1
0 r1
,1
0 r1
;2
2 2
0 r2
,2
0 r2
b
0
b'
0
a 1 ( 0 )2 a' r 1 ( 2 )2
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2a
2a' r
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
谐振窗
0 2a'
r
( a a'
1(
)2( b b'
b )2
)2
(r1
1, r 2
r
)
b'
λ0是大、小波导特性阻抗相等（即谐振窗谐振）时对 应的波长，也就是谐振窗的谐振波长。
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电感膜片
电感膜片的相对并联电纳：
bL
BL Y0
g
a
cot2 [ ( d t ) ]
2a
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
谐振窗
将电容膜片和电感膜片组合在一起得到的具有矩形窗
口形状的膜片。等效电路是一个并联谐振回路。
当信号频率=其谐振频率时：并联回路的电抗为∞（相当于开 路），信号无反射的通过谐振窗。
包括隔离器、环形器。
非线性元器件
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，实现放大、调制、变频等。
器件包括微波电子管、微波晶体管、微波场效应管、微波 电真空器件。
2021/3/3 元件包括检波器、混频器、变频器等。
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引言
微波元件按传输线类型分类
波导型微波元件 同轴型微波元件 微带型微波元件
的作用。 2021/3/3
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主要内容
微波电阻性元件
微波电抗性元件
波导元件的实现方法
微带元件的实现方法
衰减器
匹配负载
阻抗调配器和阻抗变换器
连接元件
分支元件
定向耦合器
功率分配器
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微波电阻性元件
衰减器
用来控制微波传输线中传输功率的装置。
通过对波的吸收、反射或截止来衰减微波能量。 主要应用
当信号频率≠其谐振频率时：并联回路的电抗为容抗或感抗， 反射较大。
当f > f 0时，谐振窗附近电场储能占优势，回路呈容性电抗。 当f < f 0时，谐振窗附近磁场储能占优势，回路呈感性电抗。 一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振器的频率就是可通过的频
率。
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电抗或感性电抗性质的最简单不均匀性结构叫基本电
抗元件。
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微波电抗性元件
波导元件的实现方法
电容膜片 为满足膜片处的边界条件，膜片处电场线将发生弯曲、
产生电场的Ez分量，故产生的高次模是TM模。 此高次模是截止模，在膜片附近储存的电能大于磁能，
相当于一个电容。 由于膜片起分流作用，故该膜片为并联电容。
微波电抗性元件
电抗元件
微波传输线中传输模
传输模所携带的电能和磁能是相等的。
微波传输线中截止模
截止模所含电能和磁能是不均衡的。
若截止模为TE模：磁能>电能可等效为电感。
若截止模为TM模：电能>磁能可等效为电容。
在传输系统人为引入某些不均匀性，则在不均匀性区
域将激发起高次截止模。在微波元件中，把具有容性
没有单独的电场区域或磁场区域，不存在集总参数的
电感和电容。
终端短路或开路的传输线等效为电抗元件（单端口网 络）。
2021传/3/3 输线中的不均匀区域等效为电抗元件。
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微波电抗性元件
传输线中的不均匀区域
指传输线中的结构、尺寸、参数发生突变的区域。
具有电容或电感的性质，可等效为电感或电容，即电 抗元件。
原理
在传输线的不均匀区域附近，电磁场比较复杂，可分 解为主模和多个高次模式的叠加，其中主模可以传输、 而高次模截止，只能分布在不均匀区附近。因此不均 匀区附近储存了高次模式的电磁场能量。
若储存的主要是磁场能量（在某区域磁场储能>电场 储能不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。
若储存的主要是电场能量（在某区域电场储能>磁场 2021储/3/3 能）不均匀区域相当于一个储存电能的电容。8
第五章 微波元件
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引言
微波元件按变换性质分类
线性互易元件
只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性，并满足互 易定理。
包括微波连接匹配元件、功率分配元件、微波滤波元件、 微波谐振器。
线性非互易元件
元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质。
铁氧体元件：它的散射矩阵不对称，但仍工作在线性区域。