微波技术11常用微波元件资料

1 1
jtg jtg
e j2
常用微波元件
这表明短路器的输入端反射系数的模应等于1， 而相角是可变的。
在结构上，短路活塞可做成接触式(左图）和扼流式 （右图）两种:
常用微波元件
扼流活塞的优点是损耗小，且损耗稳定；缺点是活塞太 长。
为了减小长度可以采用下图所示山字形和S形扼流活塞。 缺点是频带窄，一般只能做到10～15%的带宽。
电感膜片及其等效电路
电感膜片电纳的近似计算公式为
B
g
a
Y0 ctg 2
d来自百度文库
2a
常用微波元件
•谐振窗 下图给出了谐振窗的结构示意图和等效电路。
即在横向金属膜片上开设一个小窗，称为谐振窗。
常用微波元件
波导滤波器
矩形波导谐振膜片的应用
常用微波元件 阶梯阻抗变换器
矩形波导谐振膜片的应用
常用微波元件
（3）销钉
它在波导中起电感作用，可用作匹配元件和谐振元件， 常用于构成波导滤波器。
常用微波元件
销钉的相对感纳与棒的粗细有关，棒越细，电 感量越大，其相对电纳越小；同样粗细的棒，根 数越多，相对电纳越大。
置于a/2处的单销钉相对电纳的近似式为
b
B Y0
2g
a
ln(2ar
)
1
2
常用微波元件
•螺钉调配器
常用微波元件
匹配负载
低功率波导匹配负载一般为一段终端短路的波导，在其 里面沿电场方向放置一块或者数块劈形吸收片或者楔形 吸收体，如图所示：
波导型
常用微波元件
同轴线匹配负载是在内外导体之间放入圆锥形 或者阶梯型吸收体，如图所示：
同轴型
常用微波元件 高功率时需要考虑热量的吸收和发散问题。吸 收物体可以是固体（如石墨和水泥混合物）或液 体（通常用水）。
对短路活塞的主要要求是：
①保证接触处的损耗小，其反射系数模应接近1；
②当活塞移动时，接触损耗的变化要小；
③大功率运用时，活塞与波导壁（或者同轴线的内 外导体壁）间不应发生打火现象。
短路器的输入阻抗为:
Zin jZ0tg jZ0tgl
短路器的输入端反射系数为:
S11
Zin Zin
Z0 Z0
jZ0tg Z0 jZ0tg Z0
抵消由于负载不匹配所产生的反射波。
电抗元件包括电感器和电容器。电感器是指能够集中 磁场和存储磁能的元件；而电容器是指能够集中电场和存 储电能的元件。
•电容膜片
电容膜片及其等效电路
电纳的近似计算公式为
B
4b
g
Y0
ln
csc
d
2b
常用微波元件
•电感膜片
矩形波导中的电感膜片及其等效电路如图所示。当在波导窄壁上 放置金属膜片后，会使波导宽壁上的电流产生分流，于是在膜片的附 近必然会产生磁场，并存储一部分磁能，因此这种膜片称为电感膜片。
常用微波元件
一端口元件
一端口元件对外只有一个物理端口，其功能一般是对 确定频率微波信号产生谐振以及作为微波传输系统末端 的负载。
三种负载类型，其端口的反射系数分别表现为：
匹配负载Γ= 0
短路负载Γ= e j
失配负载|Γ| =常数。
b
单端口元件
a
b a
常用微波元件
短路负载--短路活塞
线性非互易元件
这类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。常用的线 性非互易元件有隔离器、环行器等。
常用微波元件
非线性元件
这类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。
常用微波元件
微波元件的功能在于对微波信号进行各种变 换，按其变换性质可将微波元件分为如下三类：
•线性互易元件 •线性非互易元件 •非线性元件
常用微波元件
线性互易元件
凡是元件中没有非线性和非互易性物质都属 于这一类。常用的线性互易元件包括：匹配负载、 衰减器、移相器、短路活塞、功分器、微波电桥、 定向耦合器、阻抗变换器和滤波器等。
波导连接方法分接触连接和扼流连接两种。它们
是借助于焊在待连接元件波导端口上的法兰盘来实现的。
法兰盘结构形式分平法兰盘和扼流法兰盘两种，如
图所示。
功率容量大,频带窄
扭波导
平接头
扼流接头
常用微波元件
(2) 拐角、弯曲和扭转元件 当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时，
则要用到扭转元件。 对这些元件的要求是：引入的反射尽可能小、工作频
S11 端口1的反射系数 S22 端口2的反射系数 S12 反向传输系数（增益） S21 正向传输系数（增益）
常用微波元件
二端口元件可以等效为二端口网络，其散射 矩阵为
S
S11 S 21
S12 S 22
常用微波元件
连接元件
其主要指标要求是接触损耗小、驻波比小、功 率容量大、工作频带宽。
(1)波导接头
高功率型
常用微波元件
大功率水冷匹配负载
常用微波元件
失配负载
实用中的失配负载都是做成标准失配负载， 具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测 量中作标准终端负载。
失配负载的结构与匹配负载一样，只是波 导口径的尺寸b不同而已。
设b0为标准波导窄边尺寸，b为失配负载波 导的窄边尺寸，由于
Z Z0 Z Z0
带宽、功率容量大。
E弯
H弯
常用微波元件
匹配元件
匹配元件的种类很多，这里只介绍膜片，销钉和螺钉匹 配器。
(1) 膜片
波导中的膜片是垂直于波导管轴放置的薄金属 片，有对称和不对称之分。
膜片是波导中常用的匹配元件，一般在调匹配 时多用不对称膜片，而当负载要求对称输出时，则 需用对称膜片。
常用微波元件
膜片匹配的原理是利用膜片产生的反射来
螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低 功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元 件。
常用的非线性元件有检波器、混频器、变频 器等。
常用微波元件
微波元件分类
微波元件
波导型 同轴型 微带型
近年来，为了实现微波系统的小型化，通 常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。
……
应用于
Microwave Division
常用微波元件
则：
S Z b (或 b0 )
Z0 b0
b
可见对于不同的b可以得到不同的驻波比。
常用微波元件
二端口元件
a1
S21
b2
b1
S11
S22
a2
S12
b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2
a1 端口1的电压入射波 a2 端口2的电压入射波 b1 端口1的电压出射波 b2 端口2的电压出射波