1、1第4章 無源微波器件4.1 微波網絡基礎4.2 匹配元件和連接元件4.3 分路元件4.4 定向耦合器4.5 三分貝電橋4.6 微波衰減器和濾波器4.7 微波鐵氧體器件24.1 微波網絡基礎4.1.1 概述1. 微波網絡的概念與分類概念：為避開微波器件的內部場結構，將其視為具有幾個端口的微波網絡，再用類似于低頻網絡的方法處理，稱之為微波網絡方法 。分類： 分類方法類 型按端口數量分一口網絡、二口網絡、多口網絡按幾何對稱性分對稱網絡、非對稱網絡按物理對稱性分互易網絡、非互易網絡按功率損耗分無耗網絡、有耗網絡按變換類型分線性網絡、非線性網絡第4章 無源微波器件34.1.1 概述2. 微波網絡的特點

2、（1）必須針對確定的模式。（2）必須針對確定的參考面。只有參考面確定，對應的網絡參量才能確定。（3）端口的電壓、電流宜用歸一化值。 第4章 無源微波器件iiiZII0iiiZUU0電壓：iUiIiUiIiUiIiUiI進波：歸一化進波：出波：歸一化出波：iiIUiaiiIUib44.1.1 概述2. 微波網絡的特點第4章 無源微波器件iiiUUUiiiiiiiZUZUUUU00iiiIIIiiiiiiiZIZIIII00iiiIUZ0iiiaIUiiiIUZ0iiibIU *21iiiIUP*212121iiiiiiiaaIIUUP *21iiiIUP *212121iiiiiiibbIIUU

3、P序號非歸一化形式歸一化形式123456表4-1-2 分析微波網絡時的一些基本關系式54.1.2 二口網絡的網絡參量1. 轉移參量（A參量）（1）歸一化轉移參量 b1 a1 Z01 I1 U1 Z Y S U2 a2 b2 I2 Z02 T2 T1 第4章 無源微波器件221221IdcUIIbaUUdcbaA A221221IDUCIIBUAU0201020102010102ZZdZZcZZbZZaDCBAA圖4-1-1 二口網絡及端口的電壓、電流 64.1.2 二口網絡的網絡參量（2）轉移參量的物理意義 0212IUUa表示端口2開路時，端口2至端口1的 電壓轉移系數 0212UIUb表示

4、端口2短路時，端口2至端口1的轉移阻抗。 0212IUIc表示端口2開路時，端口2至端口1的轉移導納。 0212UIId表示端口2短路時，端口2至端口1的 電流轉移系數。 第4章 無源微波器件74.1.2 二口網絡的網絡參量 例例4-1-1：串聯阻抗單元電路如圖所示，推導該單元電路的A矩陣。 端口2開路時21UU 10212IUUa00212IUIc端口2短路時11ZIU 21IIZIUbU021210212UIId第4章 無源微波器件解：圖4-1-2 串聯阻抗單元電路 02I84.1.2 二口網絡的網絡參量（3）轉移參量的性質（4）轉移參量的傳遞性若網絡對稱，有 a=d。若網絡互易，由ad-

5、bc=1。若網絡無耗，有a、d為實數，b、c為純虛數。33222IUIUA21AAA第4章 無源微波器件nAAAA2133213311IUIUIUAAA22111IUIUA圖4-1-3 二口網絡的級聯 94.1.2 二口網絡的網絡參量2. 散射參量（S參量）定義：物理意義：22212122121111aSaSbaSaSb22211211SSSSS011112aabS表示端口2接匹配負載時，端口1處的反射系數。 022221aabS表示端口1接匹配負載時，端口2處的反射系數。 021121aabS表示端口1接匹配負載時，端口2至端口1的 電壓傳輸系數。 012212aabS表示端口2接匹配負載時

6、，端口1至端口2的 電壓傳輸系數 。第4章 無源微波器件104.1.2 二口網絡的網絡參量性質若網絡對稱，有 若網絡互易，有若網絡無耗，有2211SS2112SS1001222212*2122*1112*2221*1211221211SSSSSSSSSSSS第4章 無源微波器件ISS*T114.1.2 二口網絡的網絡參量3. 阻抗參量（Z參量）和導納參量（Y參量）22212122121111IZIZUIZIZU22211211ZZZZZ第4章 無源微波器件22212122121111UYUYIUYUYI22211211YYYYY Y124.1.2 二口網絡的網絡參量4. 網絡參量之間的變換（1

7、）Z參量與A參量的關系（2）Y參量與A參量的關系（3）S參量與歸一化A參量的關系cdccbcadcaZZZZ122211211ZbabbbcadbdYYYY122211211Y Y DCBACBADSDCBASDCBABCADSDCBACBDAS2221121122第4章 無源微波器件134.1.3 二口網絡參量的應用1. 基本單元電路的A參量第4章 無源微波器件cossin1jsinjcos00ZZcossinjsinjcos020100201020100102ZZZZZZZZZZ名稱等效電路串聯阻抗并聯導納理想變壓器傳輸線段AA101Z0201020101020ZZZZZZZ101Y010

8、2020102010YYYYYYYnn10002010102100ZZnZZn144.1.3 二口網絡參量的應用2. 二口網絡的工作特性參量（1）電壓傳輸系數T：網絡輸出端接匹配負載時，輸出端歸一化出波與輸入端歸一化進波之比。（2）插入相移：電壓傳輸系數的幅角， 。（3）插入衰減：網絡輸出端接匹配負載時，輸入端進波功率與輸出端出波功率之比，單位為dB。 （4）插入駐波比：網絡輸出端接匹配負載時，輸入端的駐波比210122SabTa21j21eS21第4章 無源微波器件2210211lg10lg102SPPAa11110min1max1112SSUUa154.1.4 多口網絡及其化簡1. 三口網

9、絡的S參量2. 四口網絡的S參量333231232221131211SSSSSSSSSS332211SSS網絡對稱jijiSSjiij; 3 , 2 , 1,網絡互易網絡無耗3 , 2 , 1,jiSSjiij網絡對稱互易第4章 無源微波器件Sab ISS*T44434241343332312423222114131211SSSSSSSSSSSSSSSSSSab 164.1.4 多口網絡及其化簡3. 微波網絡的一些化簡條件第4章 無源微波器件0iiSiiiaajeiiibbjeiiUUiiba 0iIiiUUiiba0iUiiiba2je0iU0iaiiiiba2je端口狀態用歸一化進波、出波

10、表示用電壓、電流表示內部狀態端口匹配參考面外移外部狀態接開路負載 ( )接短路負載 ( )接短路活塞接匹配負載 ( )接任意負載174.1.4 多口網絡及其化簡 例例4-1-2 E-T接頭的端口3接匹配負載，端口2接短路活塞（長為l的等效短路線），如圖所示。求l?時輸出到匹配負載的功率最大。已知E-T接頭的散射矩陣是02222222121222121S22j22e ba03a0e22220e21210e2121332j213232j212132j211222SbabSbabSbab第4章 無源微波器件解：記l2圖4-1-4 四口網絡微波電路184.1.4 多口網絡及其化簡0e22220e212

11、10e2121332j213232j212132j211222SbabSbabSbab12j2j3e1e2121ab, 3 , 2 , 1 , 02nnp第4章 無源微波器件21221222222222332cos114422sin42cos212sin2cos121aabP12cos2圖4-1-4 四口網絡微波電路194.2 匹配元件和連接元件4.2.1 匹配元件1. 短路活塞 短路活塞的功用是提供一個可變電抗，由一段傳輸線內置可調短路裝置構成，分為接觸式和扼流式兩類。 第4章 無源微波器件圖4-2-1 波導型短路活塞a）接觸式 b）扼流式 接觸彈簧片 g/4 A B A B C D TE1

12、0 (a) (b) 204.2.1 匹配元件2. 膜片 （1）電容膜片：可等效成并聯導納單元電路 a S b T1 T2 t S a T1 T2 C (a) (b) (c) 圖4-2-2 電容膜片a）對稱型 b）非對稱型 c）等效電路a） b） c）圖4-2-3 含電容膜片的波導的等效電路第4章 無源微波器件bssbtbsbYBBppeCC22cscln4214.2.1 匹配元件（2）電感膜片電感膜片可等效成并聯導納單元電路 第4章 無源微波器件 T1 T2 L a T1 T2 t d a d (a) (b) (c) 圖4-2-4 電感膜片a）對稱型 b）非對稱型 c）等效電路atadaYBB

13、peLL312cot2224.2.1 匹配元件 （3）諧振膜片 可等效為LC并聯諧振電路 第4章 無源微波器件 a d s b C L T2 T1 (a) (b) 圖4-2-5 諧振膜片a）結構 b）等效電路圖4-2-6 分析諧振膜片的坐標系222121aabddsxd2ys2令12222ByAx1622A2222244abB注：只要將膜片的4個頂點置于雙曲線上，即可滿足諧振條件。 234.2.1 匹配元件3. 銷釘銷釘由金屬細圓桿構成。銷釘的工作原理與膜片類似。 (a) (b) 圖4-2-7 銷釘a）容性銷釘 b）感性銷釘第4章 無源微波器件244.2.1 匹配元件4. 螺釘可等效成并聯可變

14、電納單元電路。等效電納的性質與其粗細及插入深度有關。 第4章 無源微波器件 (a) (b) (c) (d) 圖4-2-8 螺釘a）單螺釘 b）雙螺釘 c）三螺釘 d）四螺釘254.2.1 匹配元件5. 階梯波導第4章 無源微波器件 p/4 l=p/4 b1 Ze1 b3 Ze2 b2 Ze3 TE10 (a) (b) 圖4-2-9 階梯波導a）結構圖 b）等效電路312eeeZZZ3 , 2 , 1212iaabZiei312bbb 264.2.1 匹配元件6. 漸變波導 漸變波導是一種寬頻帶匹配元件，其功用與漸變線類似 。第4章 無源微波器件圖4-2-10 線性漸變波導27 例例4-2-1

15、匹配裝置由同軸型短路活塞、波導型短路活塞和單電感銷釘構成，如圖所示。其功用是實現波導與同軸線之間的匹配連接。（1）試畫出它的等效電路，（2）說明其工作原理。第4章 無源微波器件 圖4-2-11 例4-2-1的匹配裝置 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 圖4-2-12 例4-2-1的分析a）等效電路 b）化簡（1）等效電路 28主同軸線與特性阻抗為 的長線段等效， 01Z主波導與等效阻抗為 的長線段等效， eZ波導型短路活塞被等效成可調電抗 ，1X同軸型短路活塞被等效成可調電抗 ，2X單電感銷釘被等效成電感 。LX第4章

16、無源微波器件 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 圖4-2-12 例4-2-1的分析a）等效電路 b）化簡29第4章 無源微波器件（2）工作原理 例例4-2-1 圖4-2-12 例4-2-1的分析 a）等效電路 b）化簡 將 處的兩個并聯阻抗 和 化為串聯阻抗 和 。AA eZ1XRX 為使波導與同軸線之間實現匹配，需滿足 01ZR 02LXXX這兩個條件可通過調節兩個短路活塞實現。 X2 A? Ze XL X1 A B Z01 X2 XL A B Z01 R? X? A? (a) (b) 304.2.2 連接元件1. 抗

17、流接頭抗流接頭可避免接觸電阻損耗。抗流接頭的工作原理與扼流式短路活塞類似。 p/4 p/4 橡膠墊圈 A B C 主波導 平面凸緣 扼流凸緣 p/4 橡膠墊圈 槽深 p/4 圖4-2-13 波導型抗流接頭第4章 無源微波器件314.2.2 連接元件2. 波導彎頭波導彎頭用于改變TE10波的傳輸方向。 第4章 無源微波器件 R R (a) (b) 圖4-2-14 波導彎頭a）E面彎頭 b）H面彎頭324.2.2 連接元件3. 扭波導扭波導用于改變改變TE10波的極化方向。 第4章 無源微波器件圖4-2-15 扭波導334.3 分路元件分路元件的功用是將一路微波信號按要求分成幾路，或者將幾路微波信

18、號合成為一路。本節主要介紹T形接頭，包括單T接頭、魔T接頭和折疊雙T接頭。 第4章 無源微波器件34 4.3.1 單T接頭單T接頭由兩旁臂和一個分支臂構成。分為E-T接頭和H-T接頭兩種 第4章 無源微波器件 T 3 1 2 I T 1 2 3 V T (a) (b) 圖4-3-1 單T接頭a）E-T接頭及其等效電路 b）H-T接頭及其等效電路35 4.3.1 單T接頭1. 禁戒規則偶模激勵只能激勵起對稱場，不能激勵起反對稱場，或者說反對稱場被禁戒；奇模激勵只能激勵起反對稱場而對稱場被禁戒。奇模激勵；偶模激勵；反對稱場；對稱場。 第4章 無源微波器件36 4.3.1 單T接頭2. E-T接頭

19、（1）奇模激勵時E臂輸出反對稱場 奇模激勵：圖a中分別從旁臂1和旁臂2輸入的一對等幅反相的信號（TE10波） 反對稱場：圖a中從E臂輸出的TE10波的場結構相對于對稱面T呈鏡像。電力線被對稱面分成兩段，若兩段對折正好大小相等、方向相反。 第4章 無源微波器件 旁臂 1 旁臂 2 E 臂 T 旁臂 2 旁臂 1 E 臂 T (a) (b) 圖4-3-2 E-T接頭中的場結構a）奇模激勵 b）偶模激勵37 4.3.1 單T接頭 （2）偶模激勵時E臂無輸出（圖4-3-2（b） （3）反對稱場性質的S參量表示 （4）E-T接頭的S矩陣 第4章 無源微波器件3231SS02221121121S38 4.

20、3.1 單T接頭 （5）E-T接頭的傳輸特性當E臂為端口匹配狀態時，端口1、2不可能處于端口匹配狀態，且端口反射系數 。當信號從E臂輸入時，將從端口1、2等幅反相輸出。當信號從旁臂1輸入時，將被自身反射 ，從旁臂2輸出 ，從E臂輸出 。3. H-T接頭第4章 無源微波器件212121a21a21a02221121121S394.3.2 魔T1. 魔T接頭的組成魔T接頭由雙T接頭內置匹配裝置而成。雙T接頭可看成是E-T接頭和H-T接頭的組合。 第4章 無源微波器件圖4-3-3 用匹配塊匹配的魔T接頭404.3.2 魔T2. 魔T接頭的S矩陣3. 魔T接頭的特性 （1）匹配性：一旦有兩個端口處于端

21、口匹配狀態，則另兩個端口必然處于端口匹配狀態。 （2）均分性：無論從哪個端口輸入功率，經過魔T接頭后均從相鄰臂等分輸出。 （3）隔離性：無論從哪個端口輸入功率，經過魔T接頭后相對的端口無輸出。 第4章 無源微波器件001100111100110021S41 例例4-3-1 雷達平衡式收發開關由2個魔T接頭和2個諧振膜片式放電管構成，兩個放電管與接頭處的距離相差，如圖4-3-4所示。試說明它的工作原理。第4章 無源微波器件 放電管 發射機 天線 接收機 接匹配負載 魔 T2 魔 T1 /4 4(H) 4(H) 1 3(E) 2 1 2 3(E) 圖4-3-4 某雷達的平衡式收發開關分析分析 （1

22、）來自發射機的大功率信號從魔T1的端口4輸入后，只能經端口1、2等幅同相輸出，到達放電管時惰性氣體打火，使信號被全反射，從而不能到達接收機。又由于兩放電管與魔T接頭的距離相差 ，使反射信號到達端口1、2時等幅反相，故只能經端口3送至雷達天線。4p42第4章 無源微波器件 放電管 發射機 天線 接收機 接匹配負載 魔 T2 魔 T1 /4 4(H) 4(H) 1 3(E) 2 1 2 3(E) 圖4-3-4 某雷達的平衡式收發開關（2）來自雷達天線的回波信號從魔T1接頭的端口3輸入后，端口4無輸出（即不能到達發射機），而只能經端口1、2等幅反相輸出。由于放電管對小功率信號不起作用，故回波信號可順

23、利到達魔T2接頭的端口1、2并保持等幅反相關系，于是只能經端口3至接收機。434.3.3 折疊雙T折疊雙T接頭可看成是魔T接頭的變形。 E折雙T接頭是將魔T接頭的兩旁臂沿E面折彎90而成 ；當端口1、2偶模輸入時，E臂有輸出，H臂無輸出；當端口1、2奇模輸入時，H臂有輸出，E臂無輸出。 H折雙T接頭是將魔T接頭的兩旁臂沿H面折彎90而成；當端口1、2偶模輸入時，H臂有輸出，E臂無輸出；當端口1、2奇模輸入時， E臂有輸出，H臂無輸出。 第4章 無源微波器件圖4-3-5 E折雙T接頭 圖4-3-6 H折雙T接頭444.4 定向耦合器構成：由主線和副線構成，通過耦合機構將主線上的功率耦合到副線。功

24、用：按一定比例從主饋線中提取能量，并使之在副線中沿一定方向輸出，常用于微波電路的監視和測量。第4章 無源微波器件圖4-4-1 定向耦合器的一般構成454.4.1 定向耦合器的主要參數1. 耦合度耦合度是耦合到副線的功率多少的量度，單位為dB。2. 方向性方向性是耦合信號定向 傳輸程度的量度，單位為dB。 第4章 無源微波器件TKuLDPPKlg10 DK圖4-4-1 定向耦合器的一般構成LinTPPKlg10464.4.2 同軸型定向耦合器1. 工作過程構成：耦合機構為小孔，主線的左端至天線，右端至發射機，副線的左端接匹配負載，右端接指示計。工作過程：當發射功率向天線傳輸時，少量功率被耦合到副

25、線，耦合到上副線的功率沿其正方向傳輸至指示計，供監視或測量；少量的反方向功率則被匹配負載吸收。第4章 無源微波器件圖4-4-2 同軸型定向耦合器474.4.2 同軸型定向耦合器2. 工作原理通過電場耦合與磁場耦合的共同作用實現定向耦合。是一種反向耦合器。3. 夾角的作用調節耦合電流的強弱，使 最小 第4章 無源微波器件 電力線 i1 s i2 磁力線 i3 (a) (b) (c) 圖4-4-3 同軸型定向耦合器的工作原理（a）電場耦合 （b）磁場耦合 （c）耦合的合成32ii 484.4.3 波導型單孔定向耦合器1. 組成由主波導和副波導構成，公共壁為寬壁，耦合機構是開在公共寬壁中央的小孔。第

26、4章 無源微波器件圖4-4-4 波導型單孔定向耦合器494.4.3 波導型單孔定向耦合器2. 工作原理通過電場耦合與磁場耦合的共同作用實現定向耦合。是一種反向耦合器。第4章 無源微波器件 TE10波 輸入 磁場 電場 b (a) (b) (c) 圖4-4-5 波導型單孔定向耦合器的工作原理（a）電場耦合 （b）磁場耦合 （c）耦合的合成504.4.4 波導型十字縫定向耦合器構成：由相互垂直的主波導和副波導構成，公共壁為寬壁，耦合機構是十字形縫隙。由于主波導和副波導的功率傳輸方向相互垂直，它是一種垂直耦合器。第4章 無源微波器件圖4-4-6 波導型十字縫定向耦合器514.4.4 波導型十字縫定向

27、耦合器1. TE10波中的圓極化磁場第4章 無源微波器件ztcxxaHkHj0esinjztzxaHHj0ecos由圓極化的定義 xaxakccossinaaxp2tan1112xax（1）在x1、 x2處，TE10波的磁場是旋向相反的圓極化磁場。 （2）旋向規律：以TE10波的傳播方向為參考， x1處為左圓極化磁場， x2處為右圓極化磁場。524.4.4 波導型十字縫定向耦合器2. 工作原理 （1）若主線中TE10波的傳播方向向下，則十字縫位于視線的左邊，故十字縫處為左圓極化磁場（逆時針方向）。 （2）耦合到副線后，十字縫處仍然應為左圓極化磁場。 （3）假設副線中TE10波的傳播方向向左。這

28、時，由于十字縫位于視線的右邊，按照旋向判斷方法，十字縫處為右圓極化磁場。這與要求的極化旋向矛盾，因此假設錯誤。 （4）再假設副線中TE10波的傳播方向向右，這時，由于十字縫位于視線的左邊，故十字縫處為左圓極化磁場。這與要求的極化旋向一致，因此副線的正方向應該是向右。第4章 無源微波器件圖4-4-8 副線正方向的判斷534.4.4 波導型十字縫定向耦合器3. 副線正方向的簡易判斷方法過十字縫作對角線，再使主線輸入信號在到達十字縫之前折彎，若能與對角線相交，則該方向就是副線的正方向。 第4章 無源微波器件圖4-4-9 副線正方向的簡易判斷方法544.5 三分貝電橋4.5.1 二分支三分貝電橋構成：

29、由上下主線和兩條分支線構成，主線長 ，特性導納為 ，分支線長也是 ，特性導納為 。第4章 無源微波器件402Y0Y4圖4-5-1 同軸型二分支三分貝電橋554.5.1 二分支三分貝電橋1. 二分支三分貝電橋的奇偶模分解偶模激勵時端口1、4的輸入電流等幅同相，A點、B點為等效開路。奇模激勵時端口1、4的輸入電壓等幅反相，A點、B點為等效短路。 第4章 無源微波器件0031j8tanjYYYYee0031j8cotjYYYYoo /4 0Y 0jY 0jY 0Y 1(4) 2(3) 0Y 0jY 0jY 0Y 1(4) 2(3) /4 (a) (b) 圖4-5-2 二分支三分貝電橋的等效電路a)偶

30、模等效電路 b)奇模等效電路564.5.1 二分支三分貝電橋2. 奇偶模等效電路的歸一化A矩陣和S矩陣偶模等效電路奇模等效電路 第4章 無源微波器件1jj121321eeeeAAAA1j0131eeAA02j2j02eA0j1j1021eS1j0131ooAAeo22AA 1jj121321ooooAAAA0j1j1021oS574.5.1 二分支三分貝電橋3. 二分支三分貝電橋的S矩陣 偶模激勵時 奇模激勵時對一般激勵 第4章 無源微波器件eeeeeeeeeeaSaSbaSaSb22212122121111ooooooooooaSaSbaSaSb22212122121111222232232

31、2411411aaaaaaaaaaaaoeoeoeoeoeoebbbbbbbbbbbb2232221141110j10j001100j01j021S584.5.1 二分支三分貝電橋4. 二分支三分貝電橋的工作特性當端口1接匹配源，其它端口接匹配負載時： （1）從端口1輸入的功率被端口2、3均分輸出，端口1無反射，端口4被隔離。 （2）以端口1輸入信號的相位為基準，端口2和端口3輸出信號的相位分別滯后 和 。 第4章 無源微波器件90180594.5.2 三分支三分貝電橋S矩陣 工作特性 當端口1接匹配源，其它端口接匹配負載時，從端口1輸入的功率被端口2、3均分輸出，端口1無反射，端口4被隔離；

32、以端口1輸入信號的相位為基準，端口2和端口3輸出信號的相位分別滯后 和 。 第4章 無源微波器件180270圖4-5-3 同軸型三分支三分貝電橋01j0100jj0010j1021S604.5.3 環形三分貝電橋構成 如圖所示，線環的中心線長 ，特性導納為 ；線環上相鄰端口間的圓弧長 ；分支線的特性導納為 。S矩陣 第4章 無源微波器件圖4-5-4 同軸型環形三分貝電橋2320Y40Y0j0jj0j00j0jj0j021S614.5.4 三分貝電橋的應用1. 三分貝電橋的短路特性端口1的輸入信號全部從端口4輸出，輸出信號的相位滯后 。第4章 無源微波器件圖4-5-5 三分貝電橋的短路特性270

33、4321432101j0100jj0010j1021abbabbbb41410jj0aabb624.5.4 三分貝電橋的應用2. 三分貝電橋的串聯特性任一端口的輸入信號全部從對角線上的端口輸出，輸出信號的相位滯后 。 第4章 無源微波器件90圖4-5-6 三分貝電橋的串聯特性4651465100j0000jj0000j00aaaabbbb634.5.4 三分貝電橋的應用 例例4-5-1 某雷達的平衡式收發開關如圖4-5-7所示，試分析其工作原理。圖中，平衡式收發開關由兩個同軸型三分支三分貝電橋串聯而成，在串聯處接有TR放電管。其端口1至發射機，端口5至接收機，端口4接雷達天線，端口6接匹配負載

34、。TR放電管的作用是工作于高功率狀態時打火，使左邊的三分貝電橋呈短路特性；工作于小功率狀態時不打火，使三分貝電橋組合呈串聯特性。第4章 無源微波器件圖4-5-7 某雷達的平衡式收發開關644.5.4 三分貝電橋的應用 分析：分析：當大功率信號從端口1輸入時，由于TR放電管打火，使左邊的三分貝電橋呈短路特性，發射功率全部從端口4輸出至雷達天線，端口5（即接收機）、端口6被隔離。 當來自雷達天線的回波信號從端口4輸入時，由于三分貝電橋組合呈串聯特性，故回波信號全部送至端口5（即接收機），端口1、端口6被隔離。第4章 無源微波器件圖4-5-7 某雷達的平衡式收發開關654.6 微波衰減器和濾波器4.

35、6.1 微波衰減器1. 吸收式衰減器構成：由一段傳輸線內置吸波裝置而成優缺點：優點是頻帶寬，功率容量大，起始衰減量小，穩定性好，缺點是精度較差。第4章 無源微波器件 吸收物質 吸收物質 (a) (b) 圖4-6-1 吸收式衰減器（a）固定式 （b）可變式664.6.1 微波衰減器2. 旋轉式衰減器構成：由兩段同向放置的矩形波導和一段圓波導構成，內置衰減片。工作原理：基于衰減片只衰減電場平行分量的原理。優缺點：優點是頻帶寬，精度高，起始衰減量小；缺點是結構復雜，較昂貴。第4章 無源微波器件圖4-6-2 旋轉式衰減器及其工作原理674.6.1 微波衰減器3. 截止式衰減器工作原理：利用波導的截止狀

36、態制作而成。工作波長范圍衰減量優缺點：優點是頻帶寬，精度高，可用作標準衰減器；缺點是起始衰減量太大。第4章 無源微波器件c686. 82lLdB684.6.2 微波濾波器1. 微波低通濾波器構成：由粗細跳變的同軸線內導體構成，由于形狀似葫蘆，俗稱糖葫蘆濾波器。該等效電路是集中參數低通濾波器的原型電路。 第4章 無源微波器件 高阻抗線段(150) 支撐介質 低阻抗線段(10) 50 的過渡線 同軸接頭 同軸接頭 (a) C2 C1 L1 L2 L3 Z0 ZL (b) 圖4-6-3 糖葫蘆濾波器及其等效電路(a) 結構 (b) 等效電路694.6.2 微波濾波器2. 微波高通濾波器構成：由若干段

37、芯線及與之并聯的短路分支線構成，芯線段之間留有間隙并用聚四氟乙烯介質填充。該等效電路是集中參數高通濾波器的原型電路。第4章 無源微波器件 介質 小于 /4 (a) (b) 圖4-6-4 微波高通濾波器(a) 結構 (b) 等效電路704.6.2 微波濾波器3. 微波帶通濾波器構成：由若干間距相等的電感膜片和調諧螺釘構成，螺釘置于相鄰電感膜片之間且位于波導寬壁中央。該等效電路是集中參數帶通濾波器的原型電路。第4章 無源微波器件 (b) 圖4-6-5 直接耦合式微波帶通濾波器(a) 結構 (b) 等效電路714.6.2 微波濾波器4. 微波帶阻濾波器構成：由主線和若干并聯分支線構成，分支線長度為

38、，分支線間距也為 。該等效電路是集中參數帶阻濾波器的原型電路。 第4章 無源微波器件4p4p /4 /4 /4 Y0 Y0 Y0 Y0 Y01 Y02 Y03 (a) 20ZLC CZL20 (b) 圖4-6-6 分支線式微波帶阻濾波器(a) 結構 (b) 等效電路724.6.3 微波周期性結構簡介結構 （1）電抗加載周期性結構。（2）介質加載周期性結構。（3）頻率選擇表面（FSS），即通過將表面周期性地分區使之具有頻率選擇性。第4章 無源微波器件734.6.3 微波周期性結構簡介分析步驟（1）寫出電抗加載單元電路的 矩陣 第4章 無源微波器件圖4-6-7 電抗加載單元電路sin2cos2si

39、ncos2j2sincos2jsin2cosbbbbbBbDCBAA222232111IUIUIUAAAAdA I2 I1 U2 U1 d/2 d/2 jb 1A 2A 3A 10Y10Y744.6.3 微波周期性結構簡介（2）寫出電抗加載單元電路的色散方程 第4章 無源微波器件sin2cos21coshbDAd2211e00eIUIUdd2211eeIUDCBAIUdd若上式存在非零解，當且僅當系數矩陣的行列式等于零 0ee1ee2DADCBAdddd754.6.3 微波周期性結構簡介（3）對色散方程進行討論 第4章 無源微波器件1sin2cosbsin2coscosbdj通帶條件 1sin

40、2cosbsin2coscoshbd阻帶條件 764.7 微波鐵氧體器件4.7.1 概述1. 什么是鐵氧體鐵氧體是一種非金屬磁性材料，由氧化鐵與其它金屬氧化物混合燒結而成。分子式為 ，其中，M表示二價金屬分子，在微波波段通常指MgMn、MgMnAl、NiZn、NiCo、Li等。 第4章 無源微波器件32OFeMO774.7.1 概述2. 微波鐵氧體的特點（1）電阻率很高（達1011cm），接近于絕緣體，因此電磁波可以在其中傳播。（2）磁導率隨外加直流磁場的變化而變化，因而磁導率可以電調。（3）具有磁各向異性，即它的磁導率不再是標量，而需要用張量來描述，稱為張量磁導率。因此微波鐵氧體器件一般是非

41、互易器件。第4章 無源微波器件784.7.2 鐵氧體的張量磁導率1. 鐵氧體的磁化外加恒定磁場 第4章 無源微波器件0M圖4-7-1 磁化強度 的進動zH eHH00 000ddHMMtMMtMMtMMzyx000000000sincos00H鐵氧體的本征進動頻率或拉摩進動頻率 實際的鐵氧體存在損耗，使 在很短時間內與 的方向趨于一致，這一現象稱為鐵氧體被磁化。0M0H794.7.2 鐵氧體的張量磁導率2. 無耗鐵氧體的張量磁導率定義外加磁場當工作在小信號狀態時 第4章 無源微波器件 ttttmhhb0 thHH0 tttthHmMmM000ddzzyxyyxxhbhhbhhb33jj3300

42、0j0j220200001HM2200000HM804.7.2 鐵氧體的張量磁導率3. 關于張量磁導率的討論（1）在與 垂直的方向， 不僅對 有貢獻，而且對 也有貢獻。 亦然。稱這種性質為磁各向異性。 （2） 為一特殊方向，該方向的 只與 有關，即在 方向鐵氧體與磁導率為標量的介質無異。（3）當 ，即交變磁場的頻率接近于拉摩進動頻率時，有 ， 。稱這種現象為鐵氧體的鐵磁諧振效應。在鐵磁諧振狀態下，鐵氧體強烈吸收交變磁場的能量。第4章 無源微波器件0Hxhxbybyh0Hzbzh0H0814.7.3 微波鐵氧體的正負圓極化磁導率1. 正圓極化磁場及正圓極化磁導率（1）正圓極化磁場 與恒定磁場 呈

43、右手螺旋關系 （2）正圓極化磁導率第4章 無源微波器件 th tthtyxsincoseehhb000001HMkyyxxhheehhhxhhyj0H824.7.3 微波鐵氧體的正負圓極化磁導率2. 負圓極化磁場及負圓極化磁導率負圓極化磁場與恒定磁場 呈左手螺旋關系 負圓極化磁導率 第4章 無源微波器件yyxxhheeh0Hhhxhhyjhb th000001HMk834.7.3 微波鐵氧體的正負圓極化磁導率3. 關于正負圓極化磁導率的討論（1）正圓極化磁導率曲線可分成三段 為鐵磁諧振點。 對應曲線的左半支，這時 ，為低場區。 對應曲線的右半支，這時 ，為高場區。（2）負圓極化磁導率曲線比較平

44、坦。第4章 無源微波器件圖4-7-2 正負圓極化磁導率曲線0r00H000H00H844.7.4 SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播1. 縱向磁化情形和法拉第效應（1） 時SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播第4章 無源微波器件0/ HkHEjEHj0yxjz對SUPW有k 結論：對縱向磁化情形，SUPW被分解成兩部分，一部分是正圓極化的SUPW，以相速度 傳播；另一部分是負圓極化的SUPW，以相速度 傳播。 pvpv854.7.4 SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播1. 縱向磁化情形和法拉第效應 （2）法拉第效應特點：工作在低場區時， 的旋向與 呈右手螺旋關系。工作在高場區時， 的旋向與 呈左手螺旋

45、關系。是一種非互易效應。 第4章 無源微波器件圖4-7-3 法拉第旋轉角ltl2121法拉第旋轉角 0H0H864.7.4 SUPW在無耗均勻鐵氧體中的傳播2. 橫向磁化情形和雙折射效應 時SUPW被分裂成兩部分，一部分是TEM波，它的相速度 與鐵氧體的磁化狀態無關，稱為尋常波或o波；另一部分是橢圓極化波，它的相速度 與鐵氧體的磁化狀態有關，稱為非尋常波或e波。雙折射效應：橫向磁化時SUPW被分裂成o波和e波的現象。第4章 無源微波器件0Hk oopveepv33oe22k874.7.5 隔離器1. 旋轉式隔離器構成：由兩段圓方波導和內置鐵氧體棒的圓波導段構成，圓波導段外壁裝有永久磁鐵，用來提

46、供縱向偏置磁場。圖中，波導1和波導2呈 夾角，鐵氧體棒的法拉第旋轉角也是 。第4章 無源微波器件圖4-7-4 旋轉式隔離器4545884.7.5 隔離器工作原理 （1）電磁波向右傳輸時，波導1中TE10波經圓方波導后轉換成圓波導的TE11波。由法拉第效應，電場方向右旋。到達波導2時與其所需的TE10波的電場方向一致，因此，信號順利輸出。（2）電磁波向左傳輸時，TE10波從波導2傳輸至波導1的過程中，電場方向仍然右旋，到達波導1時與其所需的TE10波的電場方向正交，因此，波導1無輸出。第4章 無源微波器件圖4-7-5 旋轉式隔離器的工作原理894.7.5 隔離器2. 場移式隔離器場移式隔離器由內

47、置鐵氧體片和衰減片的矩形波導段構成。圖中，鐵氧體片置于TE10波的圓極化磁場處，衰減片緊貼在鐵氧體片上，安裝有永久磁鐵用來提供橫向偏置磁場，并使鐵氧體工作在 的低場區。 第4章 無源微波器件圖4-7-6 場移式隔離器0r904.7.5 隔離器（1）場移效應TE10波傳入紙面的情況。鐵氧體片處存在左圓極化磁場，是正圓極化磁場，使合成磁場削弱。這一現象好像是鐵氧體片將TE10波的場轉移到了其外部空間。TE10波傳出紙面的情況。鐵氧體片處存在右圓極化磁場，是負圓極化磁場，對磁場分布的影響不明顯。由于鐵氧體的介電常數較大，使鐵氧體內的電場增強。這一現象好像是鐵氧體片將TE10波的場向其內部有所集中。鐵氧體的這種改變場分布的作用稱為場移效應。場移效應是一種非互易效應。第4章 無源微波器件圖4-7-7 鐵氧體的場移效應914.7.5 隔離器（2）場移式隔離器的工作原理由于衰減片的作用使得：當TE10波穿入紙面傳輸時，鐵氧體處的場很弱，衰減片不