微波无源器件

第6章微波无源器件
微波器件有源器件:
无源器件:
放大器、混频器、倍频器…
基本元件（R、C、L）、阻抗变换器、
定向耦合器、功率分配器、环行器…
波导型同轴型微带型
微波元件
6.1 微波基本元件
v6.1.1 微带基本元件
一、集总参数元件(l <<λ)
微带线1、电阻
用钽（tan)、镍、铬合金材料蒸发在基片上，两端由微带引出
2、电容
6.1 微波基本元件v 6.1.1 微带基本元件
一、集总参数元件(l <<λ)
二、半集总参数元件(l 与λ接近) 6.1 微波基本元件v 6.1.2 波导基本元件
≈b d
Y b B c g 2csc ln 4πλ1、膜片a 、电容膜片：
b 、电感膜片
−≈a d Y a B c g 22
πλctg 谐振窗
2、螺钉 6.1 微波基本元件
v 6.1.2 波导基本元件3、终端负载(一) 匹配负载
吸收入射波的全部功率。

使传输线工作于行波状态。

对匹配负载的基本要求是：
（1）有较宽的工作频带，（2) 输入驻波比小和一定的功率容量。

Z L =Z c
0==Γc in Z Z 作用: 6.1 微波基本元件v 6.1.2 波导基本元件3、终端负载(一) 匹配负载
吸收入射波的全部功率。

使传输线工作于行波状态。

对匹配负载的基本要求是：
（1）有较宽的工作频带，
（2) 输入驻波比小和一定
的功率容量。

Z L =Z c
0==Γc in Z Z 作用:(二）短路负载作用:将电磁能量全部反射回去。

Z L =0l tg jZ Z c in β=
6.1 微波基本元件
v 6.1.2 波导基本元件3、终端负载
抗流式
(二）短路负载作用:将电磁能量全部反射回去。

Z L =0
l tg jZ Z c in β=
v 6.1.4 波型与极化变换器
6.1 微波基本元件
1．方-圆变换器
2．线-圆极化变换器v 6.1.5 衰减器和相移器
6.1 微波基本元件1、衰减器
理想的衰减器应是只有衰减而
无相移的二端口网络，其散射
矩阵为
[]S e e l l =
−−00αα衰减器的衰减量表示为：o
i A P P
L log 10=截止式
v 6.1.5 衰减器和相移器
6.1 微波基本元件
2、相移器
移相器是对电磁波只产生一定的相移而不产生能量衰减的微波元件，
它是一个无反射、无衰减的二端口
网络。

[]S e e j j =
−−00θθg
l l λπβθ2== l v 6.1.6 分支元件
6.1 微波基本元件
1、波导T 型接头（E-T ）
（1）（2）
（3）
分支在E 平面内
特性：
（1）③口输入，①和②口等幅反相输出（3）①、②口等幅同相输入，③口无输出
①和②口等幅反相输入，③口输出最大23
13S S −=2211S S =（2）①和②端口在结构上对称（1）（2）
（3）
同相输入
反相输入
= 321333231232221
131211321a a a S S S S S S S S
S
b b b 2211S S =,
,,311332232112S S
S S S S ===v 6.1.6 分支元件 6.1 微波基本元件1、波导T 型接头（E-T ）（1）（2）（3）分支在E 平面内特性：（1）③口输入，①和②口等幅反相输出（3）①、②口等幅同相输入，③口无输出①和②口等幅反相输入，③口输出最大23
13S S −=2211S S =（2）①和②端口在结构上对称[]
−−=331313131112131211S S S S S S S S
S S 23
13S S −=[][][]
I S S T =*1
2
13212211=++S S S 1
2
332132
13=++S S S 0
*1313*1112*1211=−+S S S S S S 0*1312*1311=−S S S S
使3口匹配: S 33=02
/113=S 2
/11211==S S 选择参考面,使S 为实数
[]
−−=02/12/12/12/12/12/12/12/1S E-T 的S 参量:v 6.1.6 分支元件
6.1 微波基本元件
2、波导H-T 型接头特性：
（1）（2）
（3）
（分支在H 平面内）
（1）③口输入，①和②口等幅同相输出
（3）①、②口等幅同相输入，③口输出最大①和②口等幅反相输入，③口无输出23
13S S =2211S S =（2）①和②端口在结构上对称[]
−−=02/12/12/12/12/12/
12/12
/1S
v 6.1.6 分支元件 6.1 微波基本元件
3、波导普通双T 和魔T 普通双T: E-T + H-T
对称面E 臂H 臂
(1) ③口入，①、②口等幅反相输出，④=0；(2) ④口入，①、②口等幅同相输出，③=0；(3)若③、④口匹配，①、②口等幅同相输入，则④有输出，③=0；
反之①和②端口等幅反相输入，则③有输出，④=0
可见：③和④端口互为隔离，①和②端口互为平分。

[]
−−=4414143313131413111214131211
00S S S S S S S S S S S S S S S 对称：S 11= S 22
互易：S 参量对角线参量相等
S 34= S 43=0
23
13S S −=2414S S =特性：普通双T 特性前提是各臂均接匹配
负载，即使如此，由于连接处结构的
突变性，接头处也会产生反射，为了
消除反射，通常在接头处加入匹配元
件（如螺钉、膜片或锥体等），就可
以得到匹配的双T 。

v 6.1.6 分支元件 6.1 微波基本元件
3、波导普通双T 和魔T 对称面E 臂H 臂匹配双T （魔T ）：匹配特性：调节①、②匹配，③、④自动获得匹配隔离特性：044332211====S S S S 04334==S S 0
2112==S S ③和④端口具有隔离特性时，①和②端口也具有隔离特性
[]
−−=001100111100110021S 平分特性：2313S S −=4131S S =2414S S =42
32S S −=应用：定向耦合器
平衡电桥
天线收发隔离开关
6.2 阻抗变换器v 6.2.1 单节λ/4阻抗变换器（教材p165~p168)波导同轴线带状线微带线按传输线类型单孔耦合多孔耦合连续耦合平行线耦合按耦合方式同向耦合反向耦合输出方向90度定向180度定向输出相位强耦合中等耦合弱耦合
按耦合强弱6.3 定向耦合器
v 定向耦合器的种类定向耦合器在微波技术中有着广泛的
应用，如用来监视功率、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；还可以
利用定向耦合器来测量反射系数和功率等
6.3 定向耦合器v 定向耦合器的种类v 6.3.1 定向耦合器的技术指标6.3 定向耦合器
耦合端隔离端输入端直接输出端1、耦合度C 31lg 10P P C =131log 20S =输入功率与耦合端的输出功率之比的分贝数C 越大，耦合越弱强耦合：0~10dB 中耦合：10~20dB 弱耦合：大于20dB 2、方向性D 耦合臂与隔离臂输出功
率之比的分贝数
14
132142
13
43lg 20lg 10lg 10S S S S P P D ===D 越大，方向性越好3、隔离度I 输入臂输入的功率与隔离
臂输出功率之比的分贝数14411
lg 20lg 10S P P I ==C D I +=4、输入驻波比1111
11S S −+=ρ5、频带宽度
6.3 定向耦合器v6.3.2 波导型定向耦合器
6.3 定向耦合器v6.3.2 波导型定向耦合器
6.5 微波铁氧体元件
铁氧体是由二价金属锰、镁、镍、铜、锌等氧化物和氧化铁烧制而成，是一种非金属类的磁性材料，具有不可逆性。

磁性材料是由磁畴组成，当外加恒定磁场时，磁畴发生取向排列，对外显出磁性。

铁氧体具有这样的特性。

铁氧体是一种绝缘物质，电阻率很高，约为106~108Ω/cm，微波能进入其中。

它又是一种高介电系数的介质，损耗角正切小，约为10-3~10-4，外加恒定磁场和交变磁场后，呈现各向异性。

6.5 微波铁氧体元件
铁氧体磁导率与恒定磁场的关系
场移式隔离器 6.5 微波铁氧体元件
Y 型结环行器
[]
=010001100S 3.3 微带线
带状线TEM 波
==+==
====00000
00001
2212C v C L Z Z G Z R c C L v C L p c c c r p r g αεελβπλωβ
3.3 微带线微带线准TEM 波 3.3 微带线
εr h w t
r p c
v ε=r
c c Z Z ε0
=全介质填充:半介质填充:()11−+≈r re q εε=re p c v ε=re c
c Z Z ε0
1≤h w +≈h w w h Z c 48ln 6001>h w 6
0144.042.2120
−+−+≈w h w h h w Z c π
3.3 微带线。