1、主要內容：u微波無源元器件u微波有源元器件u微波集成電路簡介 第九章第九章 微波元器件與集成電路微波元器件與集成電路微微波波元元器器件件無源元器件無源元器件有源元器件有源元器件 基本電抗元件基本電抗元件 終端元件終端元件 連接元件連接元件分支元件（功率分配元件）分支元件（功率分配元件）衰減器和移相器衰減器和移相器定向耦合器定向耦合器 濾波器濾波器 諧振器諧振器 隔離器隔離器 微波振蕩器微波振蕩器微波放大器微波放大器微波混頻器微波混頻器微波倍頻器微波倍頻器微波控制器件微波控制器件（重點）（重點）（了解）（了解）8. 1 電抗元件電抗元件3、 若傳輸線中的不均勻區域具有電容或電感的性質，若傳輸線中

2、的不均勻區域具有電容或電感的性質，可以等效為電感或電容，即電抗元件可以等效為電感或電容，即電抗元件 。4、原理：原理： 在傳輸線的不均勻區域附近，電磁場比較復雜，在傳輸線的不均勻區域附近，電磁場比較復雜，可以分解為主模和多個高次模式的疊加，其中主模可以傳輸，可以分解為主模和多個高次模式的疊加，其中主模可以傳輸，而高次模截止，只能分布在不均勻區附近。因此不均勻區附近而高次模截止，只能分布在不均勻區附近。因此不均勻區附近儲存了高次模式的電磁場能量。儲存了高次模式的電磁場能量。 若儲存的主要是若儲存的主要是電場能量電場能量，則不均勻區域相當于一個儲，則不均勻區域相當于一個儲存電能的存電能的電容電容；

3、若儲存的主要是；若儲存的主要是磁場能量磁場能量，則不均勻區域相當，則不均勻區域相當于一個儲存磁能的于一個儲存磁能的電感電感。 一、基本概念一、基本概念2、 傳輸線中的不均勻區域：傳輸線中的不均勻區域：傳輸線中結構、尺寸、傳輸線中結構、尺寸、參數發生突變的區域。參數發生突變的區域。1、 終端短路或開路的傳輸線終端短路或開路的傳輸線 電抗元件電抗元件等效等效傳輸線中的傳輸線中的不均勻區域不均勻區域 電抗元件電抗元件 等效等效二、常見電抗元件二、常見電抗元件三、矩形波導中的金屬膜片三、矩形波導中的金屬膜片1、容性膜片：、容性膜片： bdbYBgc2cscln4 側視側視橫截面橫截面dabdjBY 膜

4、片附近電場較集中，儲存了膜片附近電場較集中，儲存了電能，相當于電容。電能，相當于電容。 bdbYBgc2cscln8 jBY 2、感性膜片：、感性膜片：adbd 膜片附近磁場較集中，儲膜片附近磁場較集中，儲存了磁能，相當于電感。存了磁能，相當于電感。俯視俯視橫截面橫截面adaYBgc2ctg2 jBY 3、諧振窗：、諧振窗：ab 2212bbbabaar 諧振波長諧振波長： 諧振時，并聯回路的電抗無窮大（相當于開路），無反射；諧振時，并聯回路的電抗無窮大（相當于開路），無反射； 失諧時，并聯回路的電抗為容性或感性，反射較大；失諧時，并聯回路的電抗為容性或感性，反射較大； 作用：一個諧振窗相當于

5、作用：一個諧振窗相當于帶通濾波器帶通濾波器，諧振的頻率就是可通，諧振的頻率就是可通過的頻率。過的頻率。ba四、矩形波導中的金屬銷釘四、矩形波導中的金屬銷釘1、容性銷釘：、容性銷釘：2、感性銷釘：、感性銷釘：jBY 2 rjBY 2cos2lnsec22araaaYBgc 2、電納可調螺釘：、電納可調螺釘： 為防止出現串聯諧振和擊穿現象，銷釘一般旋進深為防止出現串聯諧振和擊穿現象，銷釘一般旋進深度較小，工作于容性狀態。銷釘越粗，電容值越大。度較小，工作于容性狀態。銷釘越粗，電容值越大。d d g /4 d g /4 串聯諧振串聯諧振 短路短路帶阻濾波器帶阻濾波器四支節負載匹配裝置四支節負載匹配裝

6、置 一個可調銷釘相當于一個并聯電抗支節一個可調銷釘相當于一個并聯電抗支節五、傳輸線中的階梯五、傳輸線中的階梯1、矩形波導、矩形波導E面階梯：面階梯：E面：與電場矢量平行的平面面：與電場矢量平行的平面2、矩形波導、矩形波導H面階梯：面階梯：H面：與磁場矢量平行的平面面：與磁場矢量平行的平面3、同軸線中的階梯、同軸線中的階梯六、微帶電路中的電容、電感六、微帶電路中的電容、電感1、串聯電容：、串聯電容：交指電容交指電容電容值較大電容值較大疊層電容疊層電容電容值更大電容值更大間隙電容間隙電容電容值較小電容值較小2、串聯電感：、串聯電感： l一段無耗一段無耗短短傳輸線傳輸線cZ 一段一段Zc大大的短傳輸

7、線可等效為的短傳輸線可等效為串聯電感串聯電感； 一段一段Zc小小的短傳輸線可等效為的短傳輸線可等效為并聯電容。并聯電容。若若Zc大，則大，則L大，大， C小可忽略小可忽略若若Zc小，則小，則C大，大， L小可忽略小可忽略 當介質基片厚度一定時，微帶寬度當介質基片厚度一定時，微帶寬度W ，則，則Zc ； 預備知識：預備知識：CpcvlZL22 pcvlYC L / 2等效等效L / 2 一段一段窄窄的短微帶線可等效為的短微帶線可等效為串聯電感串聯電感； 一段一段寬寬的短微帶線可等效為的短微帶線可等效為并聯電容。并聯電容。l cZcZ ccZZ cZ用高阻抗微帶短線實現用高阻抗微帶短線實現串聯電感

8、串聯電感高阻抗段高阻抗段cZcZ環形電感環形電感圓形螺旋電感圓形螺旋電感方形螺旋電感方形螺旋電感為加大電感值，將高阻抗線彎曲、螺旋，增加匝數：為加大電感值，將高阻抗線彎曲、螺旋，增加匝數：3、串聯在傳輸線上的諧振回路：、串聯在傳輸線上的諧振回路：LCCLl 4、并聯電容、電感：、并聯電容、電感：cZcZcZ ccZZ 用低阻抗線實現用低阻抗線實現并聯電容并聯電容：低阻抗段低阻抗段 用并聯的終端開路支節實現用并聯的終端開路支節實現并聯電容并聯電容或或并聯電感并聯電感；5、并聯在傳輸線上的諧振回路：、并聯在傳輸線上的諧振回路： 在傳輸線上并聯一個或多個支節，這些支節等效在傳輸線上并聯一個或多個支節

9、，這些支節等效于串聯或并聯諧振回路。于串聯或并聯諧振回路。6、微帶線中的串聯電阻：、微帶線中的串聯電阻：R高阻金屬薄膜，吸收電磁能量高阻金屬薄膜，吸收電磁能量9. 2 微微 波波 濾濾 波波 器器一、低頻濾波器設計一、低頻濾波器設計 將所需其他濾波器的衰減將所需其他濾波器的衰減特性通過特性通過頻率變換頻率變換，得到對，得到對應的低通濾波器衰減特性；應的低通濾波器衰減特性； 設計該對應的低通濾波器的設計該對應的低通濾波器的電路結構和元件值；電路結構和元件值； 應用頻率變換，得到所需濾應用頻率變換，得到所需濾波器的電路結構和元件值。波器的電路結構和元件值。（衰減）（衰減）（頻率）（頻率） 低通濾波

10、器低通濾波器的設計已非常的設計已非常成熟；成熟； 低通濾波器：最平坦式、低通濾波器：最平坦式、切比雪夫式、橢圓函數式切比雪夫式、橢圓函數式二、微波濾波器設計二、微波濾波器設計 先按低頻濾波器的常規設計方法，設計出低頻集先按低頻濾波器的常規設計方法，設計出低頻集總元件濾波器，得到其電路結構和每一個元件值；總元件濾波器，得到其電路結構和每一個元件值； 然后，用微波頻段的元件代替已設計電路中的集然后，用微波頻段的元件代替已設計電路中的集總元件，該過程稱為總元件，該過程稱為集總參數電路的微波實現集總參數電路的微波實現。 如，波導中，電感、電容就可以用波導膜片、銷如，波導中，電感、電容就可以用波導膜片、

11、銷釘來實現，微帶電路中也可用微帶間隙、分支等來實釘來實現，微帶電路中也可用微帶間隙、分支等來實現電感、電容。現電感、電容。三、微帶濾波器三、微帶濾波器 集總元件電路集總元件電路1、低通濾波器、低通濾波器1 微帶電路實現方案微帶電路實現方案LLC（電感）（電感）（交指電容）（交指電容）C1C3C5L2L4L6 高阻抗短線高阻抗短線（窄線）（窄線） 相當于相當于 串聯電感串聯電感 低阻抗短線低阻抗短線 （寬線）相當于（寬線）相當于 并聯電容并聯電容 經過計算確定每段微帶的長度、寬度，使其等效電經過計算確定每段微帶的長度、寬度，使其等效電抗值與集總元件電路中的對應電抗值的相等。抗值與集總元件電路中的

12、對應電抗值的相等。C1C3C 5L2L4L6cZcZ 微帶電路實現方案微帶電路實現方案2、低通濾波器、低通濾波器2 集總元件電路集總元件電路C2C4L1L3 橢圓函數式橢圓函數式低通濾波器低通濾波器L2L4L5C63、低通濾波器、低通濾波器3 微帶電路實現方案微帶電路實現方案4、帶通濾波器、帶通濾波器輸入輸入輸出輸出兩端開路的微帶段，兩端開路的微帶段，長度均為長度均為g / 2 微帶段兩端開路，波導波長等于微帶段兩端開路，波導波長等于 g 的電磁波才可以在微帶的電磁波才可以在微帶段上諧振并持續存在；段上諧振并持續存在； 微帶段與微帶段之間有能量耦合；微帶段與微帶段之間有能量耦合； 輸入信號中，

13、只有諧振頻率及其附近頻率的信號才可以一輸入信號中，只有諧振頻率及其附近頻率的信號才可以一級一級耦合到輸出口，故為級一級耦合到輸出口，故為帶通濾波器帶通濾波器。平行耦合微帶型帶通濾波器平行耦合微帶型帶通濾波器某實際微帶電路中的耦合帶通濾波器某實際微帶電路中的耦合帶通濾波器屏蔽盒中的微帶帶通濾波器屏蔽盒中的微帶帶通濾波器將將 微帶段折彎，以減小體積微帶段折彎，以減小體積2g 平行耦合微帶型帶通濾波器的變形平行耦合微帶型帶通濾波器的變形同軸線輸入同軸線輸入同軸線輸出同軸線輸出5、帶阻濾波器、帶阻濾波器g1 /4終端開路終端開路輸入輸入輸出輸出 對于波導波長等于對于波導波長等于 g1 、g2 、g3

14、的電磁波而言，并的電磁波而言，并聯的終端開路聯的終端開路 四分之一支節實現了對地短路的功能，這四分之一支節實現了對地短路的功能，這些頻率的信號些頻率的信號 不能通過，故為不能通過，故為帶阻濾波器帶阻濾波器。g2 /4g3 /4帶阻濾波器實例帶阻濾波器實例四、同軸線濾波器四、同軸線濾波器C2C4L1L3L5用高、低阻抗同軸線實現低通濾波器用高、低阻抗同軸線實現低通濾波器 低通濾波器低通濾波器 同軸線實現方案：同軸線實現方案：abZcln2 a：內導體半徑：內導體半徑b：外導體內半徑：外導體內半徑 高阻抗短線高阻抗短線（內導體細）（內導體細） 相當于相當于 串聯電感串聯電感 低阻抗短線低阻抗短線

15、（內導體粗）相當于（內導體粗）相當于 并聯電容并聯電容C2C4L1L3L5 銷釘型銷釘型四、波導濾波器四、波導濾波器 膜片型膜片型9. 3 終端元件（單端口元件）終端元件（單端口元件）一、匹配負載：一、匹配負載： 作用作用：接在傳輸線的終端，盡量吸收全部入射功率，保證：接在傳輸線的終端，盡量吸收全部入射功率，保證傳輸線的終端無反射，其駐波比在傳輸線的終端無反射，其駐波比在 1.05 左右左右 1.1 左右；左右； 工作原理工作原理：元件中采用高阻衰減材料、吸波材料，吸收：元件中采用高阻衰減材料、吸波材料，吸收入射的電磁波；入射的電磁波； 特點特點：吸波材料與空氣的界面應做成漸變式過渡，減：吸波

16、材料與空氣的界面應做成漸變式過渡，減小反射；小反射； 高功率匹配負載需要散熱裝置，將吸收的電磁高功率匹配負載需要散熱裝置，將吸收的電磁能轉化成的熱能散發出去。能轉化成的熱能散發出去。1、波導式匹配負載、波導式匹配負載片式吸收體片式吸收體體積式吸收體體積式吸收體散熱片散熱片 大功率匹配干負載大功率匹配干負載出出 大功率匹配水負載大功率匹配水負載水水入入吸波材料吸波材料2、同軸線式匹配負載、同軸線式匹配負載 同軸匹配干負載同軸匹配干負載3、微帶線式匹配負載、微帶線式匹配負載介質介質薄膜電阻薄膜電阻導體帶導體帶 漸變式漸變式4g 開路開路 匹配阻抗式匹配阻抗式 半圓式半圓式二、短路器：二、短路器：

17、波導可移動短路器波導可移動短路器 提供盡量大的反射系數；提供盡量大的反射系數； 最好可自由移動；最好可自由移動； 可移動短路活塞可移動短路活塞：接觸式：物理接觸：接觸式：物理接觸 非接觸式：非物理接觸，電接觸；非接觸式：非物理接觸，電接觸；三、輻射終端三、輻射終端 能量盡量輻射出去，盡量減小能量盡量輻射出去，盡量減小終端終端反射；反射； 波導喇叭天線波導喇叭天線E面喇叭面喇叭H面喇叭面喇叭金字塔形喇叭金字塔形喇叭圓形喇叭圓形喇叭喇叭天線喇叭天線拋物面天線的喇叭饋源拋物面天線的喇叭饋源波導喇叭波導喇叭9. 4 接頭接頭 (flange) 抗流式波導接頭抗流式波導接頭 作用作用：連接各段傳輸線。：

18、連接各段傳輸線。 要求要求：電接觸可靠，引起的反射盡量小，電磁能量不會外漏。電接觸可靠，引起的反射盡量小，電磁能量不會外漏。9. 5 衰減器和移相器衰減器和移相器 一、衰減器：一、衰減器： 同軸線衰減器同軸線衰減器 可調波導衰減器可調波導衰減器吸波材料片吸波材料片 作用作用：根據需要，減小所傳輸信號的幅度。：根據需要，減小所傳輸信號的幅度。 原理原理：用吸波材料吸收一定的電磁能量來實現衰減。：用吸波材料吸收一定的電磁能量來實現衰減。4g 二、移相器：二、移相器： 原理原理：電磁波在不同介質中具有不同的相移常數。因：電磁波在不同介質中具有不同的相移常數。因此改變電磁波經過的介質就可以改變其相移量

19、。此改變電磁波經過的介質就可以改變其相移量。 作用作用：可以人為地改變傳輸電磁波的相位。：可以人為地改變傳輸電磁波的相位。 矩形波導矩形波導TE10模式的相移常數模式的相移常數2222 akkc 經過距離經過距離 l 的相移量的相移量22 all 相移量與媒質參數密切相關相移量與媒質參數密切相關低損耗介質片低損耗介質片l功率分配網絡功率分配網絡0 2 )1( N天線陣元天線陣元移相器移相器饋源饋源 應用舉例：應用舉例：用于相控陣天線中，要求每個天線陣元用于相控陣天線中，要求每個天線陣元輻射相位不同的電磁波。輻射相位不同的電磁波。移相器的移相器的相移量相移量相控陣天線相控陣天線9. 6 分支元件

20、分支元件 作用作用：把一路電磁能量分為兩路或多路；或者，將：把一路電磁能量分為兩路或多路；或者，將多路電磁能量相加或相減。多路電磁能量相加或相減。1、波導、波導E-T分支（三端口元件）分支（三端口元件）213213串聯支路串聯支路等效等效 等效電路等效電路 在在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調節臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調節串串聯支路聯支路的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。使用。jX12等效等效 能量分配功能能量分配功能213 3臂自身有反射，但若在該臂加入匹配裝置，臂自身有反射，但若在該臂加入匹配裝置，可使可使3臂

21、的入射能量全部從臂的入射能量全部從1、2臂平分輸出；臂平分輸出； 3臂輸入時，從臂輸入時，從1、2臂等幅、反相輸出；臂等幅、反相輸出； 1臂輸入時，從臂輸入時，從2、3臂輸出；臂輸出；123123 2臂輸入時，從臂輸入時，從1、3臂輸出；臂輸出； 求求差信號差信號的功能的功能123 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達分支波導中軸臂輸入，且到達分支波導中軸T面時面時相位相同相位相同，則，則3臂輸出臂輸出兩信號之差兩信號之差，稱為，稱為差差信號信號。信號信號1信號信號2信號信號1信號信號2 若兩輸入信號等幅，則若兩輸入信號等幅，則3臂無輸出；臂無輸出；T 求求和信號和信號的功能的功能12

22、3 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達分支波導中臂輸入，且到達分支波導中軸軸T面時面時相位相反相位相反，則，則3臂輸出臂輸出兩信號之和兩信號之和，稱，稱為為和信號和信號。信號信號1信號信號2信號信號1信號信號2T2、波導、波導H-T分支（三端口元件）分支（三端口元件）213等效等效并聯支路并聯支路 等效電路等效電路 123 在在3臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調臂加終端短路活塞，就可以移動短路活塞，調節節并聯支路并聯支路的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為的輸入阻抗值（近似為純電抗），作為電抗元件使用。電抗元件使用。21等效等效jX 能量分配功能能量分配功能123 3臂自身有反

23、射，但若在該分支波導加入匹臂自身有反射，但若在該分支波導加入匹配裝置，可使配裝置，可使3臂的入射能量全部從臂的入射能量全部從1、2臂臂平分輸出；平分輸出； 3臂輸入時，從臂輸入時，從1、2臂等幅、同相輸出；臂等幅、同相輸出； 1臂輸入時，從臂輸入時，從2、3臂輸出；臂輸出； 2臂輸入時，從臂輸入時，從1、3臂輸出；臂輸出；123123 求求和信號和信號的功能的功能123信號信號1信號信號2信號信號1信號信號2 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達分支波導中臂輸入，且到達分支波導中軸軸T面時面時相位相同相位相同，則，則3臂輸出臂輸出兩信號之和兩信號之和，稱為，稱為和信號和信號。T 求求差

24、信號差信號的功能的功能123信號信號1信號信號2信號信號1信號信號2 兩信號分別從兩信號分別從1、2臂輸入，且到達分支波導中軸臂輸入，且到達分支波導中軸T面時面時相位相反相位相反，則，則3臂輸出臂輸出兩信號之差兩信號之差，稱為，稱為差差信號信號。 若此時兩信號等幅，則若此時兩信號等幅，則3臂無輸出；臂無輸出；T3、波導雙、波導雙-T分支（四端口元件）分支（四端口元件）123（E）4（H） 主要特性：主要特性： 1、2同相輸入：同相輸入：3輸出輸出差信號差信號，4輸出輸出和信號和信號； 3輸入：輸入：1、2等幅、反相輸出，等幅、反相輸出，4無輸出；無輸出； 4輸入：輸入：1、2等幅、同相輸出，等

25、幅、同相輸出，3無輸出；無輸出； 3、4相互隔離（相互不可傳送信號）相互隔離（相互不可傳送信號）132 “3臂、臂、4臂隔離臂隔離”的原因：的原因：T 3臂輸入的臂輸入的TE10 模式模式關于中軸面關于中軸面T反對稱反對稱，而而4臂中臂中TE10模式關于模式關于中軸面中軸面T對稱對稱，故相互，故相互不能激勵。不能激勵。 3臂（臂（4臂）輸入的臂）輸入的TE10 模可以在模可以在4臂（臂（3臂）中激勵起高次模，臂）中激勵起高次模，但高次模式不能傳輸，但高次模式不能傳輸，不能輸出。不能輸出。3臂輸入，臂輸入，4臂無輸出臂無輸出132T4臂輸入，臂輸入，3臂無輸出臂無輸出4、波導魔、波導魔T（四端口

26、元件）（四端口元件）123（E）4（H）調匹配的裝置調匹配的裝置 主要特性：主要特性： 任何端口都與外接傳輸線相匹配；任何端口都與外接傳輸線相匹配；3、4匹配之后，匹配之后，1、2自動匹配；自動匹配； 3輸入：輸入：1、2等幅、反相輸出，等幅、反相輸出，4無輸出；無輸出； 4輸入：輸入：1、2等幅、同相輸出，等幅、同相輸出，3無輸出；無輸出； 1、2均有輸入：均有輸入：3輸出差信號，輸出差信號，4輸出和信號；輸出和信號； 3、4臂相互隔離；臂相互隔離；1、2臂相互隔離；臂相互隔離； 在微波設備、雷達中應用廣泛。在微波設備、雷達中應用廣泛。 二、二、 微帶分支：微帶分支： Y形分支形分支 T形分

27、支形分支微帶天線陣微帶天線陣微帶天線陣元微帶天線陣元微帶線微帶線功分器實例功分器實例一分二一分三主要特性：主要特性： 3臂輸入：臂輸入：1、2等幅、反相輸出，等幅、反相輸出，4臂無輸出；臂無輸出； 4臂輸入：臂輸入：1、2等幅、同相輸出，等幅、同相輸出，3臂無輸出；臂無輸出； 1、2臂均有輸入：臂均有輸入：3臂輸出差信號，臂輸出差信號，4臂輸出和信號；臂輸出和信號； 3、4臂相互隔離；臂相互隔離；1、2臂相互隔離；臂相互隔離； 微帶環形電橋（微帶魔微帶環形電橋（微帶魔T）1243微帶環形電橋實例微帶環形電橋實例 波導環形電橋波導環形電橋9. 7 定向耦合器定向耦合器3 32 21 14 4 同

28、向耦合同向耦合輸入端口輸入端口隔離端口隔離端口耦合端口耦合端口直通端口直通端口3 32 21 14 4 反向耦合反向耦合直通端口直通端口耦合端口耦合端口輸入端口輸入端口隔離端口隔離端口 作用：作用：從主傳輸線中取出一些電磁能量并向設定從主傳輸線中取出一些電磁能量并向設定的方向傳輸。的方向傳輸。一、波導定向耦合器一、波導定向耦合器4g 雙孔定向耦合器（窄頻帶）雙孔定向耦合器（窄頻帶）3 32 21 14 41 14 43 32 23 32 21 14 4123N 多孔定向耦合器（頻帶較寬）多孔定向耦合器（頻帶較寬） 單孔定向耦合器單孔定向耦合器 理想狀態下，隔離端口應當沒有輸出，但實際上仍有一定

29、理想狀態下，隔離端口應當沒有輸出，但實際上仍有一定輸出，因此應在隔離端口接匹配負載，吸收這一部分功率。輸出，因此應在隔離端口接匹配負載，吸收這一部分功率。吸波材料吸波材料 定向耦合器實例定向耦合器實例二、微帶定向耦合器二、微帶定向耦合器 平行耦合線定向耦合器平行耦合線定向耦合器距離較近的微帶線之間都有能量耦合距離較近的微帶線之間都有能量耦合。鋸齒形定向耦合器鋸齒形定向耦合器提高定向性提高定向性主線主線副線副線鋸齒形定向耦合器實例鋸齒形定向耦合器實例 微帶雙分支定向耦合器微帶雙分支定向耦合器3 32 21 14 44g 4g ABCD 1輸入，輸入，2、3輸出，相位差輸出，相位差90度；度； 4

30、為隔離端口，無輸出；為隔離端口，無輸出；微帶雙分支定向耦合器實例微帶雙分支定向耦合器實例 相當于低頻中的諧振回路，具有儲能、選頻、穩頻相當于低頻中的諧振回路，具有儲能、選頻、穩頻的功能；的功能； 用途用途：微波源、濾波器、選頻器等等；：微波源、濾波器、選頻器等等；9.8 微波諧振器微波諧振器 一、基本概念：一、基本概念： 等效電路等效電路存在電導，意味著諧振時有能量損耗。存在電導，意味著諧振時有能量損耗。 特點：特點： 理論上說，有無窮多個諧振頻率（多諧性）；理論上說，有無窮多個諧振頻率（多諧性）； 品質因素品質因素Q值很高（幾萬幾十萬）；值很高（幾萬幾十萬）；Q諧振系統諧振時的平均儲能諧振系

31、統諧振時的平均儲能系統中每秒的能量消耗系統中每秒的能量消耗 種類種類傳輸線型諧振器傳輸線型諧振器非傳輸線型諧振器非傳輸線型諧振器二、傳輸線型諧振器的原理：二、傳輸線型諧振器的原理：Y1Y2L C LCf 21 0 諧振頻率諧振頻率LCjCfjCjY 0012 LCjLfjLjY 002211 021 YY諧振時：諧振時： 回顧：回顧：低頻集總元件諧振回路：低頻集總元件諧振回路：l1Y1Y211tan1ljZYc 12tan1lljZYc 021 YY 為自然數為自然數nnlg 20 短路短路短路短路 1、 兩端短路的傳輸線：兩端短路的傳輸線：結論結論：兩端短路的傳輸線段可以當作微波諧振器，諧振

32、頻率有兩端短路的傳輸線段可以當作微波諧振器，諧振頻率有無數個，波導波長無數個，波導波長 的頻率均是諧振頻率。的頻率均是諧振頻率。 為為自自然然數數nnlg20 Ulg20 若若UUlg 0 若若320lg 若若U20lg 若若 為為自自然然數數nnlg20 兩端短路傳輸線中的場分布情況：兩端短路傳輸線中的場分布情況：駐波分布，駐波分布，兩端均為兩端均為波節點波節點l1Y1Y211cot1ljZYc 12cot1lljZYc 021 YY 為自然數為自然數nnlg 20 開路開路開路開路 2、兩端開路的傳輸線：、兩端開路的傳輸線：結論結論：兩端開路的傳輸線段可以當作微波諧振器，諧振頻率有兩端開路

33、的傳輸線段可以當作微波諧振器，諧振頻率有無數個，波導波長無數個，波導波長 的頻率均是諧振頻率。的頻率均是諧振頻率。 為為自自然然數數nnlg20 場分布情況：場分布情況：UUUlg20 若若lg 0 若若320lg 若若U20lg 若若兩端均為兩端均為波腹點波腹點 為為自自然然數數nnlg20 3、一端短路另一端開路的傳輸線：、一端短路另一端開路的傳輸線：l1Y1Y2開路開路短路短路11cot1ljZYc 12tan1lljZYc 021 YY 為為自自然然數數nnlg412 0 結論結論：上述傳輸線段可以當作微波諧振器，諧振頻率有無數上述傳輸線段可以當作微波諧振器，諧振頻率有無數個，波導波長

34、個，波導波長 的頻率均是諧振頻率。的頻率均是諧振頻率。 為為自自然然數數nnlg1240 場分布情況：場分布情況：短路端為短路端為波節點，波節點，開路端為開路端為波腹點波腹點 為為自自然然數數nnlg1240 UUUlg4 若若34lg 若若54lg 若若U74lg 若若1、矩形波導諧振腔、矩形波導諧振腔 波導腔中沿波導腔中沿 x、y、z 三個方向都是駐波分布。三個方向都是駐波分布。 三個整數三個整數 m、n、l 的每一種組合都對應腔內的一種諧振模的每一種組合都對應腔內的一種諧振模式，因此：有無窮多個諧振模式；式，因此：有無窮多個諧振模式；三、波導型諧振器：三、波導型諧振器：abl 應采用兩端

35、短路的方式；應采用兩端短路的方式；222021 lpbnamf 為為自自然然數數pplbnamfkkcg 2422222202220 2、圓波導諧振腔、圓波導諧振腔 有無窮多個有無窮多個TE、TM諧振模式，諧振頻率可用公式計算；諧振模式，諧振頻率可用公式計算；la 有三種常用諧振模式，場結構各不相同，各有其優點；可有三種常用諧振模式，場結構各不相同，各有其優點；可通過合理選擇尺寸，得到需要的諧振模式，抑制其他模式；通過合理選擇尺寸，得到需要的諧振模式，抑制其他模式；SVQ 0 品質因數正比于腔體積，反比于腔內壁面積，故在同樣體品質因數正比于腔體積，反比于腔內壁面積，故在同樣體積情況下，圓波導諧

36、振腔比矩形諧振腔品質因數高，性能好，積情況下，圓波導諧振腔比矩形諧振腔品質因數高，性能好，加工也容易，是最常用的諧振腔。加工也容易，是最常用的諧振腔。 應采用兩端短路的方式；應采用兩端短路的方式；3、空腔諧振腔的激勵與耦合：、空腔諧振腔的激勵與耦合：探針激勵或耦合探針激勵或耦合環激勵、環耦合環激勵、環耦合圓形諧振腔與波導的孔耦合圓形諧振腔與波導的孔耦合三、同軸腔諧振器：三、同軸腔諧振器： 諧振模式為諧振模式為TEM模式，場結構簡單穩定、頻帶寬，應用廣泛；模式，場結構簡單穩定、頻帶寬，應用廣泛；1、兩端短路同軸諧振腔：、兩端短路同軸諧振腔： 為為自自然然數數nnlg2 l 短路活塞可改變腔長，從

37、而短路活塞可改變腔長，從而改變諧振頻率改變諧振頻率短路短路活塞活塞可調可調 l 為自然數為自然數諧振頻率諧振頻率nlnfffvnlg 2 12 2、一端短路另一端開路同軸諧振腔：、一端短路另一端開路同軸諧振腔：一段截止圓波導，一段截止圓波導，防止電磁輻射防止電磁輻射 為為自自然然數數nnlg412 金屬蓋板防輻射金屬蓋板防輻射l 為自然數為自然數諧振頻率諧振頻率nlnfffvnlg 412 1124 內導體可移內導體可移動，用于改動，用于改變諧振頻率變諧振頻率 實際結構實際結構可調可調 l四、高頻段的開腔諧振器四、高頻段的開腔諧振器球面開腔球面開腔平板開腔平板開腔平板球面開腔平板球面開腔 在高

38、頻段，傳輸線型諧振腔的損耗增加，在高頻段，傳輸線型諧振腔的損耗增加，Q值降低；值降低； 開腔諧振器工作穩定、開腔諧振器工作穩定、Q值高，調諧、使用方便、易于加工，值高，調諧、使用方便、易于加工，在毫米波、亞毫米波段應用前景廣闊。在毫米波、亞毫米波段應用前景廣闊。lll nlnnl2 2 為自然數為自然數諧振條件：諧振條件：波導喇叭波導喇叭激勵激勵毫米波開腔諧振器毫米波開腔諧振器五、微帶諧振器五、微帶諧振器lab線節諧振器線節諧振器環形諧振器環形諧振器圓盤形諧振器圓盤形諧振器諧振條件：諧振條件：1、線節諧振器、縫隙諧振器：、線節諧振器、縫隙諧振器：2、環形諧振器：平均周長、環形諧振器：平均周長2

39、/gnl 2/gn 接地板縫隙諧振器接地板縫隙諧振器 可構成帶阻濾波器可構成帶阻濾波器接地板接地板導帶導帶諧振的縫隙將諧振頻率的能諧振的縫隙將諧振頻率的能量儲存，不能繼續傳輸。量儲存，不能繼續傳輸。l諧振器諧振器諧振器諧振器諧振器諧振器導帶導帶導帶導帶諧振器諧振器導帶導帶導帶導帶微帶諧振器的耦合、激勵微帶諧振器的耦合、激勵導帶導帶9.9 非互易元件非互易元件一、場移式隔離器一、場移式隔離器0H鐵氧體鐵氧體衰減片衰減片反向傳輸波反向傳輸波正向傳輸波正向傳輸波 衰減片：衰減片：大量衰減反向傳輸波，對正向傳輸波影響不大。大量衰減反向傳輸波，對正向傳輸波影響不大。 鐵氧體鐵氧體：各向異性媒質，分子式為

40、各向異性媒質，分子式為MOFe2O3的一類鐵磁物質的的一類鐵磁物質的總稱，總稱，M：代表：代表Mg、Ni、Zn等二價金屬。等二價金屬。 特性特性：給鐵氧體加上恒定磁場后，它對某個旋向的圓極化波給鐵氧體加上恒定磁場后，它對某個旋向的圓極化波（反向傳輸波）表現高的磁導率，有（反向傳輸波）表現高的磁導率，有“吸收吸收”作用（使場集中在作用（使場集中在鐵氧體內），對相反旋向的圓極化波（正向傳輸波）表現低磁導鐵氧體內），對相反旋向的圓極化波（正向傳輸波）表現低磁導率，有率，有“排斥排斥”作用（使場不能進入鐵氧體內），此即為作用（使場不能進入鐵氧體內），此即為“場移場移作用作用”。0ZcZ隔離器隔離器入射波入射波入射波入射波反射波反射波AA 隔離器用于阻抗匹配隔離器用于阻抗匹配入射波可通過，反射